Способ изготовления металлического изделия послойным лазерным нанесением порошкового материала



Способ изготовления металлического изделия послойным лазерным нанесением порошкового материала
Способ изготовления металлического изделия послойным лазерным нанесением порошкового материала
Способ изготовления металлического изделия послойным лазерным нанесением порошкового материала

 


Владельцы патента RU 2550669:

Мингажев Аскар Джамилевич (RU)
Ганцев Рустем Халимович (RU)
Галиев Владимир Энгелевич (RU)

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано для изготовления металлических изделий из порошков селективным лазерным спеканием. Наносят первый порошковый материал и селективно спекают на заданных участках слоя. Удаляют первый порошковый материал из неспеченных участков. В пространство между спеченными участками слоя первого порошкового материала наносят слой второго порошкового материала той же толщины и селективно спекают его на этих участках. Повторяют указанные циклы до осуществления полного формирования заготовки изделия. В качестве первого порошкового материала используют диэлектрический материал, образующий, при спекании, литейную форму формируемого изделия. В качестве второго порошкового материала используют порошок из металла или сплава формируемого изделия. При нанесении второго порошкового материала формируемое изделие используют как анод и между формируемым изделием и лазерным соплом-электродом возбуждается импульсная электрическая дуга. После полного формирования заготовки изделия производят ее расплавление и последующую кристаллизацию в образованной литейной форме. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано для изготовления металлических изделий из порошков селективным лазерным спеканием.

Известен способ лазерного спекания изделий, при котором на поверхность порошка в зону спекания направляют спекающий лазерный луч [патент РФ № 2132761, МПК B22F 3/105, B23K 26/00. УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО СПЕКАНИЯ, 1999]. Кроме того, в область зоны спекания дополнительно направляют подогревающий лазерный луч, который фокусируют на более широкой, по сравнению со спекающим лучом, площади, обеспечивая тем самым уменьшение температурного градиента между зоной спекания и окружающим порошком для предотвращения коробления спеченной детали.

Известен также способ спекания изделий, включающий нанесение порошкового слоя на мишеневую поверхность, сканирование цели направленным лазерным пучком и спекание слоя оплавлением лазерным пучком в границах поперечного сечения слоя [патент РФ № 2021881, МПК B22F 3/12. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, 1994]. После оплавления слоя на него последовательно наносят последующие порошковые слои, сканируют цель направленным лазерным пучком для каждого последующего слоя соответственно поперечному сечению детали и каждый последующий слой оплавляют лазерным пучком для образования из слоев поперечного сечения детали. При спекании оплавлением каждого последующего слоя его соединяют с предыдущим слоем для образования детали.

К недостатку указанных способов [патенты РФ №2132761 и №2021881] можно отнести низкую прочность формируемой детали в связи с невозможностью полного проплавления материала из-за вероятности его растекания. Другими недостатками указанных способов являются: возможность возникновения брака при перегреве детали из-за потери формы, неоднородность свойств наплавленного материала и низкая точность формирования детали из-за нечетких границ «наплавленный слой-порошок».

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ изготовления изделия из порошкового материала путем лазерного послойного нанесения порошкового материала [Патент РФ №2401180. МПК B22F 3/105. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАДИЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПОРОШКОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ]. Способ включает следующую последовательность формирования слоев: нанесение слоя первого порошкового материала и его селективное спекание на заданных участках слоя, удаление первого порошкового материала из неспеченных участков, нанесение в пространство между спеченными участками слоя первого порошкового материала слоя второго порошкового материала той же толщины и его селективное спекание на этих участках. Однако известные способы не позволяют получать металлические изделия, обладающие высокой механической прочностью материалов.

В этой связи задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления металлического изделия путем лазерного послойного нанесения порошкового материала, обеспечивающих получение металлических деталей с высокой механической прочностью и точностью форм.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение высокой механической прочности изделий, изготавливаемых методом послойного лазерного нанесения порошковых материалов, а также их точности при снижении трудоемкости изготовления.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления металлического изделия послойным лазерным нанесением порошкового материала, включающем следующую последовательность формирования каждого слоя за цикл: нанесение первого порошкового материала и его селективное спекание на заданных участках слоя, удаление первого порошкового материала из неспеченных участков, нанесение, в пространство между спеченными участками слоя первого порошкового материала, слоя второго порошкового материала той же толщины и его селективное спекание на этих участках, повторение указанных циклов до осуществления полного формирования заготовки изделия, в отличие от прототипа в качестве первого порошкового материала используется диэлектрический материал, образующий, при спекании, литейную форму формируемого изделия, а в качестве второго порошкового материала используется порошок из металла или сплава формируемого изделия, причем при нанесении второго порошкового материала формируемое изделие используют как анод и между формируемым изделием и лазерным соплом-электродом возбуждается импульсная электрическая дуга, а после полного формирования заготовки изделия производят ее расплавление и последующую кристаллизацию в образованной литейной форме, затем удаляют готовое изделие из формы, при этом возможны следующие варианты воплощения способа: спекание производят импульсно-периодическим лазерным излучением с длительностью лазерного импульса tл.имп = от 0,1 до 10,0 мс импульсной электрической дугой с длительностью импульса дуги tд.имп = от 0,1 до 10,0 мс и паузой между импульсами дуги tд.п=tл.п, где tл.п - пауза между лазерными импульсами, при условии соотношения длительности лазерного импульса и длительности импульса дуги tл.имп =(0,5…1,0)tд.имп с отставанием начала импульса дуги от начала лазерного импульса Δtл-д.=(0,1…0,5)tл.имп, и скважностью S, равной от 1 до 8, при соотношении энергии импульса дуги Wид и энергии импульса лазера Wил, равном Wид=(2…10)Wил, расплавление металла или сплава изделия в образованной литейной форме производят индукционным методом; кристаллизацию расплавленного металла или сплава проводят методом направленной кристаллизации или монокристаллизации; используют поршень рабочего бункера со спекаемыми слоями, который после спекания слоя первого порошкового материала перемещают вверх на толщину этого слоя, производят удаление первого порошкового материала из неспеченных участков, а нанесение слоя второго порошкового материала производят после возвращения поршня в прежнее положение; нанесение и спекание порошковых материалов производят лазерными распылителями, индивидуальными для первого и второго порошкового материалов; после кристаллизации расплавленного сплава или металла формируемого изделия осуществляют магнитно-импульсную упрочняющую обработку и/или электроимпульсную упрочняющую обработку изделия; магнитно-импульсную упрочняющую обработку проводят при магнитном поле напряженностью 8·105-2·106 А/м, с частотой 500-1000 Гц в течение 3/4-5/4 периода частоты от 0,5π до 1,5π, а электроимпульсную упрочняющую обработку изделия проводят при плотности тока 106-108 А/м2.

Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг. 1 представлена установка для изготовления металлического изделия методом лазерного послойного нанесения порошковых материалов с последующим расплавлением нанесенного металла изделия. На фиг. 2 изображена схема формирования металлического изделия согласно предлагаемому способу. На фиг. 3 изображена схема импульсов лазерного излучения и электрической дуги.

На фиг. 1 и 2 обозначено: 1 - общая камера; 2 - рабочая камера; 3 - лазер с системой сканирования и фокусировки луча; 4 - роллер очистки и каретка засыпки и укладки порошка; 5 - перегородка между рабочей камерой и дополнительной рабочей камерой; 6 - дополнительная рабочая камера; 7 - луч лазера; 8 - бункер-питатель; 9 - слои порошка спекаемого материала; 10 - рабочий бункер с поршнем; 11 - шток; 12 - индуктор; 13 - общий рабочий стол с рабочими бункерами; 14 - механизм поворота стола; 15 - слой первого порошкового материала (керамический порошок); 16 - слой первого порошкового материала, спеченный на заданных участках слоя; 17 - неспеченные участки первого порошкового материала; 18 - пространство между спеченными участками слоя первого порошкового материала; 19 - слой второго порошкового материала; 20 - готовое изделие после кристаллизации расплавленного металла или сплава и удаления керамики (А, В, С, D, Е, F, G, Н, I - стадии формирования изделия). Фиг.3 содержит: Wил, Wид - энергия импульса лазерного излучения и энергия импульса электрической дуги соответственно; tл.имп, tд.имп - длительность лазерного импульса и длительность импульса электрической дуги; tл.п и tд.п - пауза между лазерными импульсами и пауза между импульсами дуги соответственно; Δtл-д - отставание начала импульса дуги от начала лазерного импульса.

Способ осуществляется следующим образом (фиг.1 и 2). На поршень рабочего бункера 10, находящегося в исходном положении, при помощи 4 - роллера очистки и каретки засыпки и укладки порошка, наносится слой керамического материала I (слой первого порошкового материала, образующий, при спекании, оболочку формируемого изделия) и производится его спекание лучом лазера 7 на всей рабочей поверхности для образования основания для формирования изделия 20. Затем производится повторное нанесение керамического материала I и его селективное спекание лучом лазера 7 с последующим удалением с поверхности 9 слоя неспеченной части порошка 17 керамического материала I при помощи роллера очистки 4 с образованием пространства между спеченными участками слоя керамического материала I (фиг.1 и фиг.2A, B, C). Затем после поворота общего рабочего стола 13 и перемещением формируемого изделия из рабочей камеры 2 в дополнительную рабочую камеру 6, с помощью каретки засыпки и укладки порошка 4, в пространство между спеченными участками слоя керамического материала I производят нанесение слоя второго порошкового материала (металла или сплава II) той же толщины и его селективное спекание на этих участках (фиг.2D). При нанесении второго порошкового материала формируемое изделие используют как анод и между формируемым изделием и лазерным распылителем возбуждается импульсная электрическая дуга. Одновременно, другое формируемое изделие перемещается из дополнительной рабочей камеры 6 в рабочую камеру 2, где на него наносится и селективно спекается керамический материал I. Циклы поочередного нанесения керамики 15 и металла 19 повторяют до осуществления полного формирования спеченной заготовки изделия (фиг.2E, F, G). При этом перед нанесением слоя порошка II (металла) поршень рабочего бункера 10 поднимается на высоту спекаемого слоя и с помощью роллера очистки 4, движущегося перпендикулярно движению каретки укладки порошка, и производится удаление предыдущего слоя материала I (неспеченных участков керамики 17). Каретка засыпки порошка 4 периодически пополняется порошком из бункеров питателей 8. В дополнительной рабочей камере 6 поршень рабочего бункера 10 опускают на высоту спекаемого слоя и наносят с помощью каретки 4 слой порошка II. Укладка порошка производится двумя ножами каретки 4. На обратном ходу каретки 4 слой уплотняется роллером прикатки 4. Затем проводится селективное спекание слоя из порошка II. После окончания формирования изделия 20 производят полное расплавление металла (фиг.2Н) и его кристаллизацию по одному из следующих вариантов: поликристаллизации, направленной (моно)кристаллизации. После окончания формирования изделия одним из известных способов, например травлением в кислотах, производят удаление керамического материала и получают готовое изделие (фиг. 2I).

Спекание производят импульсно-периодическим лазерным излучением с длительностью лазерного импульса tл.имп = от 0,1 до 10,0 мс импульсной электрической дугой с длительностью импульса дуги tд.имп = от 0,1 до 10,0 мс и паузой между импульсами дуги tд.п=tл.п, где tл.п - пауза между лазерными импульсами, при условии соотношения длительности лазерного импульса и длительности импульса дуги tл.имп = (0,5…1,0)tд.имп, с отставанием начала импульса дуги от начала лазерного импульса Δtл.д.=(0,1…0,5)tл.имп, и скважностью S, равной от 1 до 8, при соотношении энергии импульса дуги Wид и энергии импульса лазера Wил, равном Wид=(2…10)Wил. Совместное воздействие лазерного излучения и импульсной электрической дуги позволяет повысить качество спекания, уменьшить пористость формируемого материала и улучшить его структуру.

Для оценки механической прочности изделий, изготавливаемых методом послойного лазерного нанесения порошковых материалов, а также их точности при снижении трудоемкости изготовления, были проведены следующие исследования свойств изделий, полученных по прототипу и по предложенному техническому решению. Указанными методами были получены образцы из порошков высоколегированных сталей и сплавов на никелевой основе и проведены сравнения их механической прочности.

Режимы обработки образцов по предлагаемому способу

Методом цикличного лазерного послойного селективного нанесения порошкового материала были получены образцы из порошковых материалов на основе высоколегированных сталей и сплавов на никелевой основе. При нанесении второго порошкового материала формируемое изделие использовали в качестве анода и между формируемым изделием и лазерным распылителем возбуждали импульсную электрическую дугу. Первый порошковый материал: керамика на основе окиси алюминия и керамика на основе окиси циркония. Второй порошковый материал: первый вариант - сплав состава, вес.%: Cr - от 10,0 до 18,0%; Mo - от 0,8 до 3,7%; Fe - остальное; второй вариант - сплав состава, вес.%: Cr - от 18 до 34%; Al - от 3 до 16% ; Y - от 0,2 до 0,7%; Ni - остальное; третий вариант сплав состава, вес.%: Cr - от 18 до 34%; Al - от 3 до 16%; Y - от 0,2 до 0,7%; Co - от 16 до 30%; Ni - остальное; четвертый вариант - никелевый порошок. Использовали порошок с размерами частиц порошка от 25 мкм до 100 мкм. Производились нанесение слоя первого порошкового материала толщиной 300 мкм и его селективное спекание на заданных участках слоя, обеспечивающих формирование заданных образцов. Подача порошка на рабочую плоскость бункеров с поршнями с последующим выглаживанием слоя порошка и удалением его избытка производилась вращающимся роликом с использованием всасывания порошка (по принципу работы пылесоса). После нанесения первого слоя, лишний, неспеченный порошок удаляли. Далее в пространство между спеченными участками слоя первого порошкового материала наносили слой второго порошкового материала той же толщины и проводили его селективное спекание на этих участках. Количество указанных циклов повторяли до осуществления полного формирования заготовки образца. Расплавление спеченного сплава в форме для литья, образованной при спекании керамического материала, проводили после полного формирования заготовки изделия. После кристаллизации расплавленного металла или сплава и его остывания удаляли керамическую форму.

Спекание металлического порошка проводили импульсно-периодическим лазерным излучением совместно с импульсной электрической дугой, используя следующие параметры: длительность лазерного импульса tл.имп: 0,07 мс - Неудовлетворительный Результат (Н.Р.), 0,1 мс - Удовлетворительный Результат (У.Р.), 0,5 мс - У.Р., 2,5 мс - У.Р., 5,5 мс - У.Р., 7,5 мс - У.Р., 10,0 мс - У.Р., 11,0 мс - Н.Р.; длительность импульса дуги tд.имп: 0,07 мс - Н.Р., 0,1 мс - У.Р., 0,5 мс - У.Р., 2,5 мс - У.Р., 5,5 мс - У.Р., 7,5 мс - У.Р., 10,0 мс - У.Р., 11,0 мс - Н.Р.; паузы между импульсами дуги tд.п=tл.п; соотношения длительности лазерного импульса и длительности импульса дуги tл.имп: 0,3 tд.имп - Н.Р., 0,5 tд.имп - У.Р., 0,7 tд.имп - У.Р., 1,0 tд.имп - У.Р., 1,1 tд.имп - Н.Р.; отставание начала импульса дуги от начала лазерного импульса Δtл-д: 0,07 tл.имп - Н.Р., 0,1 tл.имп - У.Р., 0,3 tл.имп - У.Р., 0,5 tл.имп - У.Р., 0,6 tл.имп - Н.Р.; скважность S: 0,5 - Н.Р., 1 - У.Р., 2 - У.Р., 4 - У.Р., 8 - У.Р., 10 - Н.Р.; соотношение энергии импульса дуги Wид и энергии импульса лазера Wил: 1 - Н.Р., 2 - У.Р., 4 - У.Р., 6 - У.Р., 10 - У.Р., 11 - Н.Р.

Спекание металлического порошка сочетанием импульсно-периодического лазерного излучения и импульсной электрической дугой позволяет повысить качество формирования спекаемого изделия. При этом дополнительной функцией лазерного излучения является ионизация межэлектродного промежутка между соплом-электродом и формируемым спекаемым изделием.

Магнитно-импульсную упрочняющую обработку проводили при магнитном поле напряженностью 8·105-2·106 А/м, с частотой 500-1000 Гц в течение 3/4-5/4 периода частоты от 0,5π до 1,5π, а электроимпульсную упрочняющую обработку изделия проводят при плотности тока 106-108 А/м2. Выход параметров магнитно-импульсной или электроимпульсной упрочняющих обработок за пределы указанных диапазонов давал отрицательный результат.

Послойное лазерное селективное нанесение порошкового материала осуществляли с использованием модернизированного варианта лазера модели ЛС-03 мощностью до 300 Вт (скорость перемещения лазерного луча - до 150 мм/с) при зажигании импульсной электрической дуги между формируемым изделием (анодом) и дополнительным электродом лазерного распылителя (катодом). Расплавление металла или сплава проводили индукционным методом.

Кристаллизацию расплавленного металла или сплава проводили методами обычной и направленной кристаллизации.

Применение упрочняющей магнитной и электроимпульсной обработки позволяет повысить эксплуатационные свойства изготавливаемых изделий. Воздействие мощных импульсов электрического поля на дефектную структуру металла или сплава приводит к дополнительному локальному тепловому воздействию, особенно интенсивно проявляющемуся в области его структурных дефектов. Это приводит к значительной интенсификации процессов восстановления структуры материала в областях с повышенной плотностью дефектов, которые протекают без перегрева основной массы металла обрабатываемой детали. Кроме того, дополнительным преимуществом от использования импульсов электрического поля является эффект упрочнения [Зуев Л.Б., Соснин О.В., Подборонников С.Ф. и др. // ЖТФ. 2000. Т.70. Вып.3. С.24-26]. Наличие же значительных структурных дефектов материала позволяет указанному эффекту наиболее сильно проявиться именно в дефектной зоне обрабатываемого материала.

Для осуществления послойного лазерного спекания материалов использовали поршень рабочего бункера со спекаемыми слоями, который после спекания слоя первого порошкового материала перемещали вверх на толщину этого слоя, удаляли порошковый материал из неспеченных участков, а нанесение слоя второго порошкового материала производили после возвращения поршня в прежнее положение.

Проведенные исследования показали повышение прочности никеля и сплавов на основе никеля на 42-63% от прочности образцов, формируемых по известному способу, а образцов, изготовленных из легированной стали, - на 36-51%. Точность изготовления изделия по заявляемому способу в 2…4 раза выше точности изделия, изготовленного по прототипу, что объясняется, в частности, наличием формы высокой точности, в которой происходят плавление и кристаллизация металла изготавливаемого изделия. Снижение трудоемкости изготовления по предлагаемому техническому решению значительно снижается из-за отсутствия стадии изготовления модели изделия, затем формы для литья, изготовленной по полученной модели (например, по методу литья по выплавляемым или выжигаемым моделям), а включает лишь две стадии: спекание материала изделия и его отливку.

Таким образом, использование в предлагаемом способе изготовления металлического изделия послойным лазерным нанесением порошкового материала следующих существенных признаков: последовательность формирования слоев за цикл: нанесение первого порошкового материала и его селективное спекание на заданных участках слоя; удаление первого порошкового материала из неспеченных участков; нанесение в пространство между спеченными участками слоя первого порошкового материала, слоя второго порошкового материала той же толщины и его селективное спекание на этих участках; повторение указанных циклов до осуществления полного формирования заготовки изделия; использование в качестве первого порошкового материала диэлектрического материала, образующего, при спекании, литейную форму формируемого изделия; использование в качестве второго порошкового материала порошка из металла или сплава формируемого изделия; использование при нанесении второго порошкового материала формируемого изделия как анода; возбуждение между формируемым изделием и лазерным соплом-электродом импульсной электрической дуги; произведение после полного формирования заготовки изделия расплавления ее металла или сплава в образованной литейной форме; кристаллизация в ней расплавленного сплава или металла формируемого изделия с последующим удалением готового изделия из формы; спекание импульсно-периодическим лазерным излучением с длительностью лазерного импульса tл.имп = от 0,1 до 10,0 мс; импульсной электрической дугой с длительностью импульса дуги tд.имп = от 0,1 до 10,0 мс; паузой между импульсами дуги tд.п=tл.п, где tл.п - пауза между лазерными импульсами; при соотношении длительности лазерного импульса и длительности импульса дуги tл.имп=(0,5…1,0)tд.имп; с отставанием начала импульса дуги от начала лазерного импульса Δtл-д.=(0,1…0,5)tл.имп; скважностью S, равной от 1 до 8, при соотношении энергии импульса дуги Wид и энергии импульса лазера Wил, равном Wид=(2…10)Wил; расплавление металла или сплава изделия в образованной литейной форме индукционным методом; кристаллизацию расплавленного металла или сплава методом направленной кристаллизации или монокристаллизации; использование поршня рабочего бункера со спекаемыми слоями, который после спекания слоя первого порошкового материала перемещают вверх на толщину этого слоя, производят удаление первого порошкового материала из неспеченных участков, а нанесение слоя второго порошкового материала производят после возвращения поршня в прежнее положение; нанесение и спекание порошковых материалов производят лазерными распылителями, индивидуальными для первого и второго порошкового материалов; после кристаллизации расплавленного сплава или металла формируемого изделия осуществляют магнитно-импульсную упрочняющую обработку и/или электроимпульсную упрочняющую обработку изделия; магнитно-импульсную упрочняющую обработку проводят при магнитном поле напряженностью 8·105-2·106 А/м, с частотой 500-1000 Гц в течение 3/4-5/4 периода частоты от 0,5π до 1,5π, а электроимпульсную упрочняющую обработку изделия проводят при плотности тока 106-108 А/м2, позволяют достичь технического результата заявляемого изобретения, которым является обеспечение высокой механической прочности изделий, изготавливаемых методом послойного лазерного нанесения порошковых материалов, а также их точности при снижении трудоемкости изготовления.

1. Способ изготовления металлического изделия послойным лазерным нанесением порошкового материала, включающий последовательное формирование каждого слоя за цикл, в котором осуществляют нанесение первого порошкового материала и его селективное спекание на заданных участках слоя, удаление первого порошкового материала из неспеченных участков, нанесение в пространство между спеченными участками слоя первого порошкового материала, слоя второго порошкового материала той же толщины и его селективное спекание на этих участках и повторение указанных циклов до осуществления полного формирования заготовки изделия, отличающийся тем, что в качестве первого порошкового материала используют диэлектрический материал, образующий при спекании литейную форму формируемого изделия, а в качестве второго порошкового материала используют порошок из металла или сплава формируемого изделия, причем при нанесении второго порошкового материала формируемое изделие используют как анод и между формируемым изделием и лазерным соплом-электродом возбуждают импульсную электрическую дугу, а после полного формирования заготовки изделия производят ее расплавление и последующую кристаллизацию в образованной литейной форме, затем удаляют готовое изделие из формы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что спекание производят импульсно-периодическим лазерным излучением с длительностью лазерного импульса tл.имп от 0,1 до 10,0 мс, импульсной электрической дугой с длительностью импульса дуги tд.имп от 0,1 до 10,0 мс и паузой между импульсами дуги tд.п = tл.п, где tл.п - пауза между лазерными импульсами, при условии соотношения длительности лазерного импульса и длительности импульса дуги tл.имп=(0,5…1,0)tд.имп, с отставанием начала импульса дуги от начала лазерного импульса Δtл-д.=(0,1…0,5)tл.имп, и скважностью S от 1 до 8, при соотношении энергии импульса дуги Wид и энергии импульса лазера Wил, равном Wид=(2…10)Wил.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплавление металла или сплава изделия в образованной литейной форме производят индукционным методом, а кристаллизацию расплавленного металла или сплава проводят методом направленной кристаллизации или монокристаллизации.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллизацию расплавленного металла или сплава проводят методом направленной кристаллизации или монокристаллизации.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что используют поршень рабочего бункера со спекаемыми слоями, который после спекания слоя первого порошкового материала перемещают вверх на толщину этого слоя, производят удаление первого порошкового материала из неспеченных участков, а нанесение слоя второго порошкового материала производят после возвращения поршня в прежнее положение.

6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что нанесение и спекание порошковых материалов производят лазерными распылителями, индивидуальными для первого и второго порошкового материалов.

7. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что после кристаллизации расплавленного сплава или металла формируемого изделия осуществляют магнитно-импульсную упрочняющую обработку и/или электроимпульсную упрочняющую обработку изделия.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что после кристаллизации расплавленного сплава или металла формируемого изделия осуществляют магнитно-импульсную упрочняющую обработку и/или электроимпульсную упрочняющую обработку изделия.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что после кристаллизации расплавленного сплава или металла формируемого изделия осуществляют магнитно-импульсную упрочняющую обработку и/или электроимпульсную упрочняющую обработку изделия.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что магнитно-импульсную упрочняющую обработку проводят при магнитном поле напряженностью 8·105-2·106 А/м, с частотой 500-1000 Гц в течение 3/4-5/4 периода частоты от 0,5 π до 1,5 π, а электроимпульсную упрочняющую обработку изделия проводят при плотности тока 106-108 А/м2.

11. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что магнитно-импульсную упрочняющую обработку проводят при магнитном поле напряженностью 8·105-2·106 А/м, с частотой 500-1000 Гц в течение 3/4-5/4 периода частоты от 0,5 π до 1,5 π, а электроимпульсную упрочняющую обработку изделия проводят при плотности тока 106-108 А/м2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения деталей аддитивным спеканием. Предложен способ производства детали на основе сплавов Co-Cr-Mo, имеющих значения среднего предельного удлинения при 800°C более 10% и среднего предела текучести при 800°C более 400 МПа.

Изобретение относится к ферромагнитной порошковой композиции и способу ее получения. Предложена ферромагнитная порошковая композиция, включающая магнитно-мягкие частицы сердцевины на основе железа, имеющие насыпную плотность 3,2-3,7 г/мл, и при этом поверхность частиц сердцевины снабжена неорганическим изоляционным слоем на основе фосфора и по меньшей мере одним металлоорганическим слоем из металлоорганического соединения предложенной структуры, расположенным снаружи первого неорганического изоляционного слоя на основе фосфора.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к спеченным твердым сплавам, и может быть использовано для изготовления инструмента. Способ получения спеченных твердых сплавов на основе карбида вольфрама, содержащего кобальт и наноразмерные частицы оксида алюминия, включает приготовление шихтовой смеси сплава, пластифицирование, гранулирование, прессование и спекание.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения ферритовых изделий включает приготовление пресс-порошка, содержащего ферритовый материал и легирующую добавку, прессование заготовок, радиационно-термическое спекание заготовок путем их нагрева до температуры спекания облучением проникающим электронным пучком с выдержкой при температуре спекания под облучением непрерывным электронным пучком.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству материалов для магнитопроводов электромагнитных реле. Готовят шихту, содержащую железо и фосфор, затем проводят ее прессование, спекание и охлаждение.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения твердосплавного концевого инструмента. В сплав на основе карбида вольфрама с размером частиц 1-3 мкм добавляют ультрадисперсный порошок (УДП) карбида вольфрама с размером частиц 50-100 нм в количестве 2-5% от веса изделия.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к магнитному материалу, содержащему празеодим, железо, кобальт, бор, медь и, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы гадолиний (Gd), диспрозий (Dy), самарий (Sm), церий (Ce).
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению радиопоглощающих ферритов. Может использоваться в электронной и радиопромышленности.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению корпуса бурового инструмента. Порошковую смесь, содержащую твердые частицы, частицы металлической матрицы и органический материал, инжектируют в полость пресс-формы, уплотняют порошковую смесь для формования неспеченного корпуса и спекают до заданной конечной плотности для формирования, по меньшей мере, части корпуса бурового инструмента.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению радиопоглощающих ферритов. Может использоваться в электронной и радиопромышленности.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения магнитомягкого материала для магнитопроводов реле включает приготовление шихты, содержащей железо и фосфор, ее прессование, спекание и охлаждение. Шихту готовят путем введения в порошок железа, содержащий углерода не более 0,03 мас.% и кислорода не более 0,15 мас.%, фосфора в виде раствора ортофосфорной кислоты H3PO3 или порошка феррофосфора с обеспечением содержания фосфора в смеси в количестве 0,5-1,5 мас.%. Спекание шихты проводят в вакууме 10-1-10-3 Па при температуре 1320-1380°C с выдержкой при данной температуре 1,5-4,0 часа. Обеспечивается снижение коэрцитивной силы, повышение магнитной проницаемости и индукции насыщения. 9 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл., 6 пр.
Заявленное изобретение относится к порошковой металлургии. Готовят шихту из металлических компонентов заданного состава псевдосплава путем их перемешивания, полученную шихту прессуют. Проводят отжиг заготовки в вакууме при давлении не более 1,33×10-2 Па, при температуре не ниже 300°С и не выше температуры плавления легкоплавкого компонента псевдосплава в течение не менее 1 ч. Спекают заготовку псевдосплава в среде водорода в два этапа. На первом этапе осуществляют нагрев до температуры не менее 800°С, на втором - до температуры спекания упомянутой шихты с выдержкой при этих температурах не менее 1 ч соответственно. После спекания дополнительно проводят осевое прессование заготовки псевдосплава при снижении давления от 300 МПа до 80 МПа со скоростью не более 80 МПа/мин. Обеспечивается повышение электропроводности и теплопроводности композиционного материала за счет повышения его однородности и снижения температурного коэффициента линейного расширения при сохранении высокой предельной плотности. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.

Группа изобретений относится к получению азотированных спеченных стальных деталей. Получают предварительно легированный стальной порошок на основе железа, включающего менее 0,3 мас.% Mn, по меньшей мере один элемент из группы: 0,2-3,5 мас.% Cr, 0,05-1,2 мас.% Mo и 0,05-0,4 мас.% V, и максимум 0,5 мас.% неизбежных примесей. Упомянутый стальной порошок смешивают со смазывающим веществом и графитом, уплотняют под давлением 400-2000 МПа, спекают полученную прессовку в восстановительной атмосфере при температуре 1000-1400 °С и азотируют спеченную деталь в азотсодержащей атмосфере при температуре 400-600 °С с продолжительностью выдержки менее 3 часов. Полученная деталь имеет износостойкость при скользящем контакте и наличии смазки, обеспечивающую безопасный износ при давлении Герца, составляющем до по меньшей мере 800 МПа при испытании при скорости скольжения 2,5 м/с в течение 100 секунд. Обеспечивается получение спеченных стальных деталей с износостойкими свойствами, сравнимыми со свойствами деталей, изготовленных из отбеленного чугуна. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил., 5 табл., 1 пр.
Изобретение относится к изготовлению электроугольных изделий. Готовят порошковую композицию путем смешивания связующего с графитовым наполнителем, проводят горячее прессование полученной порошковой композиции и поэтапную ее термообработку с нагревом и последующей выдержкой при конечной температуре. Графитовый наполнитель используют со средним размером частиц 100÷110 мкм. Прессование начинают в предварительно нагретой до 70÷90°С вместе с порошковой композицией пресс-форме под давлением 45÷50 МПа. Поэтапную термообработку ведут в этой же пресс-форме под давлением прессования, причем сначала проводят быстрый нагрев до 110÷120°С со скоростью 1,9÷2°С/мин, затем медленный нагрев - до температуры 160÷170°С со скоростью 1,4÷1,5°С/мин, после чего ведут нагрев до температуры 180÷200°С со скоростью 1,6÷1,8°С/мин и выдержку при конечной температуре под давлением в течение 1÷2 мин. Обеспечивается увеличение плотности и повышение электропроводности получаемых изделий. 1 пр.
Изобретение относится к изготовлению электротехнических изделий из композиционного материала. Электротехническое изделие изготовлено из токопроводящего композиционного материала формованием методом холодного прессования, при этом токопроводящий композиционный материал содержит 40÷55 мас.% порошка естественного графита, 30÷15 мас.% связующего на основе новолачной смолы, 30 мас.% медного порошка и дополнительно поливинилацетат в качестве пластификатора в количестве 9÷35 мас.% от суммарной массы порошкообразных компонентов. В способе получения электротехнического изделия смешивают порошок естественного графита и медный порошок, в полученную смесь вводят связующее, гомогенизируют смесь и вводят поливинилацетат, смешивают и сушат полученную массу при 45°C на протяжении 20 часов. Формуют изделие холодным прессованием и проводят высокотемпературную обработку со скоростью нагрева 1,5°C/мин до 1250°C и выдержкой в течение 3 часов. Обеспечивается получение токопроводящего материала невысокой плотности, что облегчает процесс прессования и исключает расслоение изделия. 2 н.п. ф-лы, 4 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения спеченного пористого вольфрамового каркаса включает смешение порошка вольфрама с порошковой активирующей добавкой, состоящей из порошков никеля и железа, прессование и спекание. Используют порошок вольфрама с размером частиц 1-0,5 мкм. Смешивание порошков проводят в планетарной мельнице при отношении веса смеси порошков к весу шаров равном 1:10, с добавлением изопропилового спирта при отношении объема изопропилового спирта к объему смеси порошков равном 2:1 и последующей сушкой до полного удаления спирта. Прессование ведут с добавлением этанола в смесь порошков при соотношении 1-5 об.%. Спекание проводят в атмосфере водорода при 800°C в течение 30 минут. Обеспечивается снижение температуры спекания и повышение прочности спеченного вольфрамового каркаса. 4 ил., 3 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ изготовления наноразмерного твердого сплава включает приготовление смеси из наноразмерных порошков карбида вольфрама и кобальта, прессование ее в стальной пресс-форме и спекание в вакууме. Причем перед прессованием в смесь наноразмерных порошков вводят 2-15 об. % этанола, а прессование ведут при давлении 2000 кгс/см2. Обеспечивается снижение давления прессования и повышение качества спеченных изделий. 8 ил., 3 пр.

Группа изобретений относится к области порошковой металлургии, а именно к магнитным (магнитотвердым) материалам для постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов и к изделиям, выполненным из таких материалов, и может быть использована в авиационной промышленности. Предложен магнитный материал, содержащий празеодим, железо, кобальт, бор, медь и по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей гадолиний, диспрозий, самарий, церий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит олово, при этом химический состав магнитного материала соответствует формуле в ат. долях: где R - по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей гадолиний, диспрозий, самарий, церий; x1=0,01-0,50; у1=0,30-0,55; у2=0,5-2,0; z=0,001-0,1. Магнитный материал обеспечивает повышение значения остаточной магнитной индукции BR при величине температурного коэффициента индукции (ТКИ), близкой к нулю, а также увеличение выхода годных изделий - кольцевых магнитов с радиальной текстурой (КМРТ), выполненных из данного материала, что является техническим результатом изобретения. 2 н.п. ф-лы. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к композиционным материалам (КМ) на основе сплавов оловянных баббитов и способам их получения, и может быть использовано для изготовления подшипников скольжения узлов трения в транспорте, турбиностроении, судостроении. Композиционный материал на основе сплава Sn-Sb-Cu содержит армирующие дискретные частицы. В качестве армирующих дискретных частиц он содержит углеродсодержащие компоненты размером <100 нм в количестве 0,1-2 мас. % в виде смеси углеродных нанотрубок, аморфного углерода, наночастиц графита и покрытых углеродом металлических частиц и высокопрочные керамические частицы порошка SiC размером 14-63 мкм в количестве 5-10 мас. %. Способ получения композиционного материала на основе сплава Sn-Sb-Cu включает получение смеси армирующих дискретных частиц и порошка матричного сплава Sn-Sb-Cu. Осуществляют смешивание армирующих дискретных частиц в виде углеродных нанотрубок, аморфного углерода, наночастиц графита, покрытых углеродом металлических частиц и высокопрочных керамических частиц порошка SiC с порошком матричного сплава высокоэнергетическим перемешиванием в шаровой мельнице в течение 20-30 мин. Полученную смесь подвергают горячему двухстороннему прессованию при температуре 280-320°С и давлении 300-340 МПа и последующему спеканию. Повышается износостойкость материала в условиях ограниченной смазки и сухого трения скольжения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к получению высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа. Готовят шихту на основе распыленного порошка хромомолибденовой стали с добавкой углерода. Компоненты шихты смешивают в аттриторе в течение 1-2 ч, затем проводят статическое холодное прессование шихты с обеспечением получения заготовок пористостью 10-12%. Полученные заготовки спекают в вакуумной печи при 1200-1250°C в течение 1-2 ч. Спеченные заготовки нагревают до 1150-1180°C в защитной среде и проводят горячую штамповку. После горячей штамповки заготовок проводят цементацию и термообработку. Обеспечивается улучшение качества межчастичного сращивания, повышение ударной вязкости, прочности и контактной выносливости порошкового материала на основе железа. 1 пр.
Наверх