Способ получения заготовок из порошковых металлических и композиционных материалов



Способ получения заготовок из порошковых металлических и композиционных материалов
Способ получения заготовок из порошковых металлических и композиционных материалов
Способ получения заготовок из порошковых металлических и композиционных материалов
Способ получения заготовок из порошковых металлических и композиционных материалов
Способ получения заготовок из порошковых металлических и композиционных материалов

 


Владельцы патента RU 2533578:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению заготовок из порошковых материалов под последующую обработку давлением - ковку, штамповку, прессование, а также для изготовления деталей обработкой резанием. Порошок размещают в рабочей зоне пресс-формы, ограниченной контейнером, пуансоном и контрпуансоном, с последующим приложением уплотняющих усилий к пуансону и контрпуансону для консолидации порошка. Обработку ведут при температуре, не выше температуры рекристаллизации материала порошка, в два этапа. На первом этапе проводят консолидацию порошка путем одновременного создания в объеме получаемой заготовки схемы напряженно-деформированного состояния всестороннего объемного сжатия и деформации сдвига в плоскостях, составляющих угол 45°≤α≤90° с направлением уплотняющих усилий. На втором этапе сконсолидированную заготовку калибруют и дополнительно уплотняют пуансоном и контрпуансоном с рабочими торцевыми поверхностями, перпендикулярными направлению уплотняющих усилий, после чего заготовку удаляют из контейнера. Обеспечивается улучшение физико-механических свойств заготовки за счет повышения плотности заготовок и измельчения микроструктуры материала. 3 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления заготовок под последующую обработку давлением - ковку, штамповку, прессование, а также для изготовления деталей обработкой резанием.

Известен способ получения деталей из порошка методом горячего изостатического прессования, включающий наполнение контейнера дегазированным порошком, герметизацию контейнера, размещение его в автоклаве с приложением к контейнеру давления и высокой температуры, удаление после компактирования порошка из контейнера, контроль, термическую и механическую обработку полученной детали [Деформация и свойства материалов для авиационной и космической техники. Труды международной конференции. Хоулдсворт. 1977. Перевод с англ. Под ред. проф. С.Г. Глазунова. Москва: «Металлургия», 1982. С.302-303].

К недостаткам этого способа следует отнести высокую стоимость получаемых деталей и низкую производительность технологического процесса в связи с необходимостью изготовления для каждой детали индивидуального контейнера.

Известен также способ получения заготовок из порошковых материалов, включающий размещение порошка в рабочей зоне пресс-формы, ограниченной контейнером, пуансоном и контрпуансоном, последующее приложение уплотняющих усилий к пуансону и контрпуансону для консолидации порошка, который принят за прототип [Утяшев Ф.З. Современные методы интенсивной пластической деформации: учебное пособие. Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. Уфа: УГАТУ, 2008. С.246].

К недостаткам данного способа следует отнести невысокую плотность получаемых заготовок.

Задачей изобретения является улучшение физико-механических свойств заготовки за счет повышения плотности заготовок и измельчения микроструктуры материала.

Указанный технический результат достигается способом получения заготовок из порошковых материалов, включающим размещение порошка в рабочей зоне прессформы, ограниченной контейнером, пуансоном и контрпуансоном, последующим приложением уплотняющих усилий к пуансону и контрпуансону для консолидации порошка, в котором в отличие от прототипа обработку ведут при температуре, не выше температуры рекристаллизации материала порошка, в два этапа, при этом на первом этапе проводят консолидацию порошка путем одновременного создания в объеме получаемой заготовки схемы напряженно-деформированного состояния всестороннего объемного сжатия и деформации сдвига в плоскостях, составляющих угол 45°<α>90° с направлением уплотняющих усилий, а на втором этапе сконсолидированную заготовку, находящуюся в контейнере, калибруют и дополнительно уплотняют пуансоном и контрпуансоном с рабочими торцевыми поверхностями, перпендикулярными направлению уплотняющих усилий, после чего заготовку удаляют из контейнера.

Согласно изобретению на первом этапе обработку ведут в несколько циклов, при этом на каждом цикле перед приложением к пуансону и контрпуансону уплотняющих усилий их поворачивают относительно вертикальной оси на одинаковый угол, равный 5…180°.

Согласно изобретению обработку ведут с возможностью выдавливания части объема заготовки в облой.

Согласно изобретению в рабочую зону пресс-формы с размещенным в ней порошком перед его консолидацией подают среду, восстанавливающую окислы на поверхности частиц порошка, например, водород.

Способ иллюстрируется эскизами:

На фиг.1 представлено конструктивное исполнение пресс-формы и размещение порошка в ее рабочей зоне;

на фиг.2 представлена схема консолидации порошка на первом этапе обработки;

на фиг.3 показаны переходы первого этапа в случае многоцикловой обработки;

на фиг.4 изображена схема калибровки и дополнительного уплотнения заготовки на втором этапе;

на фиг.5 представлена схема подачи восстанавливающей среды. Способ реализуют следующим образом.

Для получения заготовок используют пресс-форму (фиг.1), состоящую из контейнера 1, пуансона 2, контрпуансона 3. В рабочей зоне пресс-формы размещают порошок 4.

Пресс-форму нагревают до температуры не выше температуры рекристаллизации материала порошка и прикладывают к пуансону 3 уплотняющие усилия Р для консолидации порошка 4 (фиг.2).

На первом этапе обработки в объеме консолидируемой заготовки (фиг.2) создается схема напряженно-деформированного состояния всестороннего объемного сжатия под воздействием нормального усилия Pn=Pcosα и происходит деформация сдвига в плоскостях, составляющих угол 45°<α>90° под воздействием сдвигающего усилия Pτ=Psinα. Деформация сдвига в объеме заготовки под воздействием усилия Pτ интенсифицирует процесс консолидации частиц порошка за счет более активного их перемещения относительно друг друга, а также способствует измельчению их микроструктуры. Критерием для выбора значения угла α является ресурс технологической пластичности материала сконсолидированной заготовки. При последующей калибровке меньшее значение угла α соответствует большей степени деформации заготовки.

Затем проводят второй этап обработки, на котором без извлечения сконсолидированной заготовки, находящейся в контейнере, ее калибруют и дополнительно уплотняют (фиг.4) пуансоном 2 и контрпуансоном 3 с рабочими торцевыми поверхностями, перпендикулярными оси уплотняющих усилий Р, и удаляют ее из контейнера.

Для увеличения в заготовке 5 степени накопленной деформации на первом этапе обработку можно вести в несколько циклов (фиг.3), при этом на каждом цикле перед приложением к пуансону 2 и контрпуансону 3 уплотняющих усилий Р их поворачивают относительно оси прикладываемых усилий на одинаковый угол β, равный 5…180°. Большее значение угла поворота применяют для высокопластичных материалов, например, порошка меди, меньшее - для малопластичных, например, порошка железа.

Для повышения интенсивности перемещения частиц порошка относительно друг друга обработку ведут с возможностью выдавливания части объема заготовки 5 в облой.

С целью повышения плотности получаемой заготовки 5 перед консолидацией порошка в рабочую зону пресс-формы подают среду, восстанавливающую окислы на поверхности частиц порошка, например, водород (фиг.5). При этом для подвода восстанавливающей среды и отвода продуктов восстановительной реакции (паров) в контейнере 1 выполнены каналы 6.

Пример конкретного выполнения.

В качестве обрабатываемого материала использовали порошок меди M1 с дисперсностью 140-180 мкм с размером микрозерна 120-140 нм и температурой рекристаллизации 180°C. Обработку проводили по способу - прототипу и по предложенному способу.

В первом случае (по прототипу) была получена заготовка с плотностью 0,85 монолитного материала и микротвердостью Hv=2150 МПа.

Во втором случае обработку проводили согласно изобретению в два этапа. На первом этапе консолидацию порошка вели при температуре прессформы t=140°C с приложением уплотняющего усилия P к пуансону и контрпуансону с обеспечением воздействия его составляющих Pn и Pτ под углом α=75° к поверхности заготовки. Для этого использовали пуансон и контрпуансон с наклонными торцевыми поверхностями, составляющими угол α=75° относительно их вертикальных осей (фиг.2). Обработку проводили в 3 цикла с одновременным поворотом пуансона и контрпуансона на угол β=45° между циклами (фиг.3).

На втором этапе проводили при той же температуре калибровку и дополнительное уплотнение заготовки пуансоном и контрпуансоном с торцевыми поверхностями, перпендикулярными их вертикальным осям.

В результате обработки получили заготовку с плотностью 0,96 монолитного материала и микротвердостью Hv=2150 МПа.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики заготовки из порошкового материала за счет повышения плотности и измельчения микроструктуры материала.

1. Способ получения заготовки из порошкового материала, включающий размещение порошка в рабочей зоне пресс-формы, ограниченной контейнером, пуансоном и контрпуансоном, последующее приложение уплотняющих усилий к пуансону и контрпуансону для консолидации порошка, отличающийся тем, что обработку ведут при температуре, не выше температуры рекристаллизации материала порошка, в два этапа, при этом на первом этапе проводят консолидацию порошка путем одновременного создания в объеме получаемой заготовки схемы напряженно-деформированного состояния всестороннего объемного сжатия и деформации сдвига в плоскостях, составляющих угол 45°≤α≤90° с направлением уплотняющих усилий, а на втором этапе сконсолидированную заготовку, находящуюся в контейнере, калибруют и дополнительно уплотняют пуансоном и контрпуансоном с рабочими торцевыми поверхностями, перпендикулярными направлению уплотняющих усилий, после чего заготовку удаляют из контейнера.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом этапе обработку ведут в несколько циклов, при этом на каждом цикле перед приложением к пуансону и контрпуансону уплотняющих усилий их поворачивают относительно вертикальной оси на одинаковый угол, равный 5-180°.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ведут с возможностью выдавливания части объема заготовки в облой.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в рабочую зону пресс-формы с размещенным в ней порошком перед его консолидацией подают среду, восстанавливающую окислы на поверхности частиц порошка, например, водород.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к литейному и металлургическому производству, в частности к получению псевдолигатуры для модифицирования алюминиевых сплавов. Способ включает смешивание в планетарной мельнице полученного по технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза ультрадисперсного порошка карбида титана, содержащего соли хлорида калия и натрия, с порошком основы, содержащим алюминий и медь, в соотношении 9:1, и прессование полученной композиции.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению скользящих контактов. Может использоваться в электротехнике для изготовления щеток электромашин, контактных вставок для устройств токосъема городского и железнодорожного транспорта.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к изготовлению заготовок из титановой губки. Способ изготовления заготовок из титана включает размещение частиц титановой губки в камере пресса, компактирование частиц губки до получения заготовки, ее прессование, удаление загрязнений с поверхности прессованной заготовки, покрытие ее смазкой и последующую прокатку.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению многослойных композитов на основе системы Nb-Al. Может использоваться для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению кольцеобразного оксидного формованного изделия. Может использоваться для изготовления стационарного слоя катализатора, используемого в реакционных трубках кожухотрубного реактора.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению заготовок щеток электромашин из порошковых материалов на основе углерода. Заготовки щеток электромашин прессуют в многоместной пресс-форме вертикальным обжатием.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к оборудованию для компактирования прессованием порошкообразных материалов. Может использоваться для получения брикетов из мелкодисперсных порошков, вводимых в расплавы металлов в качестве легирующих добавок.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению объемных наноструктурных материалов. Пористую металломатричную основу формируют путем спекания в состоянии свободной засыпки полиморфных порошковых материалов дисперсностью 1-10 мкм.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к прессованию фасонных изделий, преимущественно контактных вставок троллейбусов, из углеродных материалов.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу формования диоксида урана с легирующей добавкой. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению скользящих контактов. Может использоваться в электротехнике, в узлах токосъема, в частности щеток электромашин и контактных вставок железнодорожного и городского транспорта. Порошковую композицию из графита, смолы и добавок измельчают и смешивают при температуре на 25÷35°C ниже температуры плавления смолы в течение 20÷30 минут, затем прессуют. Обеспечивается повышение прочности и электропроводности.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к прессованию порошковых материалов в пресс-форме. Пресс-форма для прессования порошкового материала содержит нижний пуансон с лунками, шарики, большой и малый диски из пластичного материала одинакового состава, матрицу, верхний пуансон и дополнительный нижний пуансон, предварительно смазанный пластичной смазкой. Большой диск размещают на четырех шариках, устанавливают матрицу и размещают малый диск на трех шариках. На поверхности малого диска устанавливают дополнительный нижний пуансон, засыпают порошок в матрицу, вводят в полость матрицы верхней пуансон и прикладывают давление. Обеспечивается повышение точности измерения потерь давление на преодоление внешнего трения, а также обеспечивается возможность прессования наноразмерных порошков. 2 н.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения многослойных композитов на основе системы Cu-Al, а также прекурсоров для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы. Способ получения многослойного композита на основе меди и алюминия включает механическую обработку смеси металлических порошков в шаровой мельнице в инертной атмосфере и последующее компактирование кручением под квазигидростатическим давлением на наковальнях Бриджмена. В качестве исходных материалов используют смесь порошков меди и алюминия чистотой не менее 98% с долей алюминия от 5 до 50 мас.%, обработку порошков проводят в планетарной шаровой мельнице при ускорении шаров от 100 до 600 м/с2 продолжительностью от 0,5 до 10 минут. Компактирование осуществляют при температуре от 10 до 100°C, давлении от 2 до 10 ГПа и относительном повороте наковален при кручении до достижения сдвиговой деформации γ≥100. Материал характеризуется увеличенной площадью межфазных границ, что повышает его твердость. 3 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к антифрикционным материалам для применения в высокотемпературных зонах промышленного оборудования. Способ изготовления высокотемпературного антифрикционного материала включает подготовку порошкообразных компонентов исходной смеси, измельчение полученной порошкообразной смеси, прессование формуемой порошкообразной смеси и термообработку. Сначала проводят измельчение путем механоактивации смеси порошков молибдена и кремния с последующим добавлением к полученной порошкообразной смеси порошка дисульфида молибдена и повторной механоактивацией ее в планетарной мельнице с частотой оборотов не менее 150 об/мин, прессование формуемой порошкообразной смеси на основе дисилицида молибдена и дисульфида молибдена ведут в индукционно-вакуумной установке с верхним расположением пресса и в графитовых пресс-формах в качестве формообразующего инструмента поэтапно с выдержкой на первом этапе при температуре 1300-1350°C в течение не менее 1 ч, а затем на втором основном этапе при 1600°C в течение не менее 1 ч с удельным давлением прессования не менее 25 МПа. Материал характеризуется повышенной износостойкостью, жаростойкостью, твердостью и низкой пластичностью. 2 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано для получения магнитодиэлектрического материала в виде листов или плит для изготовления магнитного клина электрических машин. Осуществляют смешивание ферромагнитного компонента, эпоксидной смолы и отвердителя, заливку полученной массы в пресс-форму, в которой размещен армирующий элемент в виде стекловолокнистой ткани, и последующую обработку магнитным полем при прессовании. Ферромагнитный компонент вводят в виде наночастиц магнетита размером до 100 нм и воздействуют магнитным полем с напряженностью не менее 800 эрстед на магнитодиэлектрическую массу с предварительно определенной степенью отверждения не более 30%. Обеспечивается получение материала для изготовления магнитного клина, позволяющего уменьшить добавочные потери двигателя и обладающего требуемой магнитной проницаемостью. 2 ил., 2 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Порошок засыпают в пресс-форму, разравнивают и проводят прессование в вертикальном направлении параллельно сторонам изделия. Засыпку порошка в пресс-форму производят через щелевую воронку в вертикальном направлении параллельно направлению прессования с одновременным разравниванием порошка в пресс-форме нижними профилированными краями щели воронки путем перемещения щелевой воронки при помощи опорных элементов по поверхности, соответствующей профилю поверхности изделия. Профилирующей поверхностью нижнего пуансона формируют профиль другой стороны поверхности изделия. Используют воронку, края щели которой выполнены соответствующими продольному профилю стороны поверхности изделия, формируемой верхним пуансоном, при этом воронка и нижний пуансон выполнены с возможностью перемещения параллельно оси прессования. Обеспечивается повышение однородности распределения порошков и плотности в изделии. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано для получения многослойных композитов на основе системы Ni-Al, а также прекурсоров для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы. Способ получения многослойного композита на основе никеля и алюминия включает механическую обработку смеси металлических порошков в шаровой мельнице в инертной атмосфере и последующее компактирование кручением под квазигидростатическим давлением на наковальнях Бриджмена. В качестве исходных материалов используют смесь порошков никеля и алюминия чистотой не менее 98% с долей алюминия от 5 до 50 мас.%, обработку порошков проводят в планетарной шаровой мельнице при ускорении шаров от 100 до 600 м/с2 продолжительностью от 0,5 до 10 минут, компактирование осуществляют при температуре от 10 до 100°C, давлении от 2 до 10 ГПа и относительном повороте наковален при кручении до достижения сдвиговой деформации γ≥50. Материал характеризуется увеличенной площадью межфазных границ, что повышает его твердость. 3 ил., 1 пр.
Изобретение относится к прессованию электротехнических изделий из порошковых композиций на основе углерода. Проводят предварительное горячее прессование порошковой композиции при скорости пуансона 10÷12 мм/с с удельным давлением 20÷30 МПа и с последующей выдержкой при этом давлении в течение 0,5÷1,5 мин, а затем проводят горячее прессование с удельным давлением 50÷100 МПа при скорости прессующего пуансона 15÷30 мм/с. Обеспечивается повышение плотности получаемых изделий путем увеличения объема удаляемых газов и паров жидкостей из засыпки порошковой композиции в матрице пресс-формы. 1 пр.

Группа изобретений относится к объемному прессованию брикетов из порошкообразного материала. Способ включает размещение материала в замкнутой матричной полости, образованной шестью пластинами, и деформирующее нагружение материала посредством попарного возвратно-поступательного перемещения упомянутых пластин в сторону общего геометрического центра матричной полости и от общего геометрического центра матричной полости. Устройство содержит верхнее основание с размещенным в нем верхним пуансоном со штоком, нижнее основание с размещенным в нем нижним пуансоном со штоком и установленными попарно напротив друг друга боковыми пуансонами со штоками, шесть пластин, размещенных своими рабочими поверхностями в сторону общего геометрического центра с образованием замкнутой матричной полости и контактирующих своими обратными плоскостями с соответствующими пуансонами. Рабочие поверхности пластин контактируют с боковыми поверхностями смежных с ними пластин. Устройство содержит выталкиватели, установленные попарно со штоками и контактирующие с торцевыми поверхностями пластин, и упругие элементы для поддержания постоянного контакта между смежными пластинами. Обеспечивается повышение качества прессования за счет исключения застойных зон порошка. 2 н.п. ф-лы, 15 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к подложке для алмазного покрытия, наносимого методом химического осаждения из паровой фазы (CVD), способу ее формирования и электродному стержню для формирования подложки упомянутым способом. Подложка содержит основу из карбидного твердого сплава или стали и слой, который содержит алмазные частицы в качестве кристалла-затравки в матрице, которые осаждаются соединенными с материалом матрицы на поверхности указанной основы, в которой указанные затравочные алмазные частицы имеют средний размер частиц 1 мкм или мельче. Указанная матрица содержит первый элемент, выбранный из первой группы, состоящей из Si, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Cr, Mo и W, и/или первое соединение указанного первого элемента и неметаллического вещества, выбранного из бора, углерода и азота, и выполнена с возможностью удерживания алмазных частиц, распределенных в ней. Образуется соединительная зона в результате диффузии атомов указанного первого элемента и указанного карбидного твердого сплава или стали и распространения через материал указанной матрицы и указанной основы. Электродный стержень выполнен прессованием смешанного порошка, полученного смешиванием порошка по меньшей мере одного первого элемента, выбранного из первой группы, состоящей из Si, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Cr, Mo и W, и/или порошка интерметаллического соединения указанного первого элемента и второго элемента, выбранного из группы, состоящей из Al, Si и Ni, и порошка первого соединения указанного первого элемента и неметаллического вещества, выбранного из бора, углерода и азота. Обеспечивается технология для получения подложки для осаждения алмазного слоя на инструментальные материалы, например из вольфрамкарбидного сплава, и конструкционные материалы, содержащие металлы группы железа, без ухудшения свойств материала основы. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, ил.,11 пр.
Наверх