Способ изготовления изделий из кермета на основе карбида титана


 


Владельцы патента RU 2623565:

Общество с ограниченной ответственностью "МАРОМА Технологии" (RU)

Иызобретение относится к изготовлению изделий из кермета на основе карбида титана, содержащего металлическую связку. Способ включает размещение порошка карбида титана в керамической форме с верхним отверстием, увлажнение порошка, установку в верхнее отверстие наддавливающего пуансона, вибрационное уплотнение, спекание в нагревательной камере печи с неокислительной средой с получением пористого карбидного полуфабриката, расплавление пропитывающей металлической связки в тигле, расположенном в упомянутой нагревательной камере, инфильтрацию карбидного полуфабриката расплавом пропитывающей металлической связки, охлаждение с обеспечением кристаллизации металлической связки в поровом пространстве карбидного полуфабриката с получением изделия. Используют керамическую форму, внутренние стенки которой покрыты звукоизоляционной удаляемой пленкой, выполненную с нижним отверстием, в котором размещают нижний пуансон. Увлажнение карбида титана жидкостью ведут путем вакуумирования керамической формы через нижнее отверстие, а вибрационное уплотнение порошка карбида титана ведут колебаниями ультразвуковой частоты, вводимыми через наддавливающий пуансон. Обеспечивается повышение твердости. 4 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Техническое решение относится к области металлургии и может быть использовано для получения изделий из керметов на основе карбида титана, содержащих металлическую связку.

Известен способ изготовления инфильтрованных изделий на основе карбида титана, включающий подготовку керамической формы с верхним отверстием, размещение в форме порошка карбида титана, виброуплотнение с получением формовки, спекание и инфильтрацию полученного карбидного полуфабриката пропитывающей металлической связкой в одной и той же форме в неокислительной среде [патент RU 2319580 С2, 2008].

Вибрационное воздействие на порошок в процессе формования снижает трение между частицами порошка, а также между порошком и стенками формы, за счет чего уменьшается вероятность образования арочных структур и, как следствие, увеличивается плотность формовки, содержание карбида титана и твердость получаемого изделия из кермета.

Однако вибрационное уплотнение, в т.ч. и увлажненного (водой, спиртом) порошка карбида титана может обеспечить объемную плотность карбидного полуфабриката не более 58-62% от теоретической с соответствующим содержанием карбида титана в кермете и недостаточно высокой твердостью - HRC 60-64. Это связано с тем, что предлагаемые порошки карбида титана содержат частицы остроконечной формы, которые плохо поддаются упаковке и, в результате, максимальная объемная плотность не превышает указанной величины. При округлой же форме частиц порошка карбида и определенных фракционных составах за счет вибрационного формования удается получить требуемую упаковку частиц и обеспечить плотность порошка карбида титана до 70% и выше.

Известно, что достижение плотности карбида титана до 70% возможно также при прессовании в металлических пресс-формах с давлениями 400-500 МПа. Однако высокие давления в хрупкой керамической форме исключены из-за опасности ее разрушения. Кроме того, жесткое прессование хрупких карбидных материалов не позволяет получать однородные формовки и, соответственно, керметные изделия однородной структуры.

Известен способ уплотнения, включающий размещение порошка в металлической матрице и его прессование пуансоном при воздействии колебаний ультразвуковой частоты, передаваемых через стенки матрицы [патент SU 1574367 А1, 1990].

Способ не может быть использован для уплотнения порошка карбида титана в керамической форме-матрице из-за невозможности эффективной передачи колебаний через стенки формы, опасности разрушения внутренних стенок формы воздействием карбидного порошка и полного разрушения большими статическими давлениями.

Известен способ уплотнения порошка, включающий увлажнение порошка пластифицирующей жидкостью и последующее прессование в металлической пресс-форме жесткими элементами с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний [патент RU 2100313 С1, 1997].

Недостатком способа является необходимость извлечения из металлической пресс-формы недостаточно прочной «сырой» формовки хрупкого карбидного порошка и ее монтаж в керамическую форму с опасностью разрушения. При использовании же для получения формовки керамической пресс-формы, имеющей пористость до 30%, то через ее стенки трудно передать ультразвуковые колебания в карбидный порошок.

Известен способ (прототип) изготовления изделия из кермета на основе карбида титана, содержащего металлическую связку, включающий размещение порошка карбида титана в керамической форме с верхним отверстием, вибрационное уплотнение с низкой частотой, спекание порошка карбида титана в нагревательной камере печи с неокислительной средой с получением пористого карбидного полуфабриката, расплавление пропитывающей металлической связки в тигле, расположенном в упомянутой нагревательной камере, с обеспечением поддержания температуры карбидного полуфабриката выше температуры ликвидуса пропитывающей металлической связки, заливку полученного расплава пропитывающей металлической связки в керамическую форму с обеспечением соприкосновения с карбидным полуфабрикатом, инфильтрацию карбидного полуфабриката расплавом пропитывающей металлической связки, охлаждение с обеспечением кристаллизации металлической связки в поровом пространстве карбидного полуфабриката с получением изделия [патент RU 2525965 С2, B22F 3/26, 20.05.2014].

Однако способ также не исключает опасности разрушения внутренних стенок формы под воздействием порошка карбида титана при введении в него ультразвуковых колебаний.

Задачей изобретения является способ изготовления изделия из кермета на основе карбида титана, содержащего металлическую связку, с повышенной твердостью за счет увеличения плотности карбидного полуфабриката в керамической форме путем введения ультразвуковых колебаний в увлажненный порошок карбида титана.

Поставленная задача решается способом, включающим размещение порошка карбида титана в керамической форме с верхним отверстием, увлажнение порошка карбида титана жидкостью, установку в верхнее отверстие наддавливающего пуансона, вибрационное уплотнение порошка карбида титана, спекание порошка карбида титана в нагревательной камере печи с неокислительной средой с получением пористого карбидного полуфабриката, расплавление пропитывающей металлической связки в тигле, расположенном в упомянутой нагревательной камере, с обеспечением поддержания температуры карбидного полуфабриката выше температуры ликвидуса пропитывающей металлической связки, заливку полученного расплава пропитывающей металлической связки в керамическую форму с обеспечением соприкосновения с карбидным полуфабрикатом, инфильтрацию карбидного полуфабриката расплавом пропитывающей металлической связки, охлаждение с обеспечением кристаллизации металлической связки в поровом пространстве карбидного полуфабриката с получением изделия, отличающийся тем, что используют керамическую форму, внутренние стенки которой покрыты звукоизоляционной удаляемой пленкой, выполненную с нижним отверстием, в котором размещают нижний пуансон, при этом увлажнение карбида титана жидкостью ведут путем вакуумирования керамической формы через нижнее отверстие, а вибрационное уплотнение порошка карбида титана ведут колебаниями ультразвуковой частоты, вводимыми через наддавливающий пуансон.

При этом может быть использована звукоизоляционная удаляемая пленка толщиной 3…15 мкм из каучука.

Вибрационное уплотнение порошка карбида титана дополнительно может вестись колебаниями ультразвуковой частоты, вводимыми через нижний пуансон.

Вибрационное уплотнение порошка карбида титана может вестись колебаниями ультразвуковой частоты одновременно через наддавливающий пуансон и нижний пуансон.

Может быть осуществлен поворот формы относительно горизонтальной оси на 180° для повышения однородности «сырой» формовки.

При воздействии на увлажненный порошок карбида титана колебаниями, например, частотой 18-26 кГц острые уголки частиц скалываются, частицы приобретают округлую форму, а порошок - более плотную упаковку.

Способ может быть реализован устройством для уплотнения порошка в керамической форме, схема которого приведена на чертеже.

Устройство состоит из контейнера 1, герметично закрываемого верхней 2 и нижней 3 крышками. Внутри контейнера электрокорундовая форма 4 зафиксирована с помощью узла крепления 5, позволяющая регулировать положение формы по высоте. Форма имеет нижнее отверстие 6 для ввода нижнего пуансона 7 и верхнее отверстие 8 для ввода наддавливающего пуансона 9. При необходимости нижнее отверстие может быть закрыто пористой пробкой (условно не показана), не пропускающей порошок, но пропускающей газ. Зазоры между отверстиями формы и пуансонами отделены друг от друга звукоизоляционными и герметичными прокладками (резина, фторопласт) 10. Нижний пуансон имеет центральное отверстие, позволяющее с помощью насоса вакуумировать контейнер и порошковую формовку 11. Верхний торец нижнего пуансона закрыт пористой прокладкой 12, не пропускающей порошок, но пропускающей жидкость и газ. Пуансоны прижимаются к карбидному порошку прижимными пружинами 13.

Верхняя крышка снабжена патрубком 14 с герметичным клапаном для вакуумирования и напуска воздуха в контейнер.

Контейнер через звукоизоляционные втулки 15 расположен на двух опорах 16 со стойками 17, позволяющих поворачивать его на 180° («вверх дном») относительно горизонтальной оси.

Внутренние стенки формы покрыты звукоизоляционной пленкой 18 известным методом, например нанесением и сушкой 0,4-0,6%-ного раствора каучука в бензине.

К рабочим торцам магнитострикционных преобразователей-излучателей (условно не показаны), предназначенных для создания ультразвуковых колебаний в порошковой формовке, жестко присоединяются наддавливающий и нижний пуансоны. Корпуса преобразователей через переходной зажим (условно не показаны) жестко присоединяются к крышкам контейнера. Пуансоны изготавливаются из сталей 40Х (30ХГСА) и их длины выполняют кратными длине полуволны собственной резонансной частоты.

Пример 1.

Получали шаровую пробку диаметром 90 мм из кермета на основе карбида титана со связкой из никелевого сплава ЖС6У. Изготовили керамическую форму по выплавляемой модели с верхним отверстием для размещения порошка карбида титана и ввода наддавливающего пуансона и нижним отверстием для отсоса воздуха из полости формы и установки нижнего пуансона. Подготовили 0,4-0,6%-ный раствор каучука СКИ-3 в бензине, который залили во внутреннюю полость формы, предварительно закрыв нижнее отверстие пробкой, не пропускающей жидкость. Далее раствор вылили и оставшийся на внутренних стенках формы слой раствора просушили при температуре 50-70°С в течение 2-3-х часов с получением пленки каучука толщиной 5-6 мкм.

Из нижнего отверстия пробку удалили и ввели пуансон 7. Зазор между пуансоном и отверстием герметизировали уплотнительными кольцами 10 и закрыли нижнюю крышку 3.

В форме разместили порошок карбида титана (фракция 1-75 мкм), в верхнее отверстие ввели наддавливающий пуансон 9, контейнер закрыли крышкой 2. Пуансон прижали к порошку пружиной 13 с удельными давлениями 0,05-0,5 МПа. Порошок предварительно уплотнили колебаниями с частотой 40-50 Гц и амплитудой 0,1-0,6 мм до плотности 50-52%.

Наддавливающий пуансон убрали и форму залили мерным объемом жидкости (20% от массы порошка), после чего снова установили и прижали его к порошку. Включили вакуумный насос, через центральное отверстие нижнего пуансона при закрытом клапане патрубка 14 откачали воздух из формовки для полного заполнения жидкостью разряженного порового пространства формовки.

Порошок дополнительно уплотнили низкочастотными колебаниями 40-50 Гц и амплитудой 0,1-0,6 мм до плотности 58-62%.

К наддавливающему пуансону присоединили магнитострикционный преобразователь АИФП 0,7-22 с резонансной частотой колебаний 22±3,5 кГц мощностью 0,7-1,2 кВт. В качестве источника колебаний использовали ультразвуковой генератор УЗГ-2-22МС. На порошок через наддавливающий пуансон воздействовали ультразвуковыми колебаниями в течение 5-10 мин, после чего плотность порошка карбида титана достигла 65-66% от теоретической. После этого форму просушили и выдержали в вакуумной камере печи при температуре 1600°С в течение 1-2 часов с получением в ней пористого полуфабриката. Далее в той же камере в отдельном тигле расплавили, залили и инфильтровали пористый полуфабрикат никелевым сплавом ЖС6У при температуре 1560-1580°С.

Твердость кермета после инфильтрации и охлаждения составляла HRC 65-67.

Пример 2.

По примеру 1 получали шаровую пробку диаметром 90 мм из кермета на основе карбида титана со связкой из никелевого сплава ЖС6У.

При этом ультразвуковые колебания одновременно вводили также через нижний пуансон, после чего плотность порошка карбида титана в керамической форме достигла 67-69% от теоретической.

Твердость кермета после инфильтрации и охлаждения составляла HRC 68-70.

Опыты показали, что при толщине пленки менее 3 мкм нарушалась ее сплошность, сопровождающаяся разрушением внутренних стенок формы, а толщина сверх 15 мкм нецелесообразна в связи с повышением затрат на ее удаление при спекании формовки.

Использование изобретения в полном объеме позволило получать в форме однородные пористые карбидные полуфабрикаты плотностью до 69-70% и однородные заготовки из кермета на основе карбида титана твердостью до 70 HRC.

1. Способ изготовления изделия из кермета на основе карбида титана, содержащего металлическую связку, включающий размещение порошка карбида титана в керамической форме с верхним отверстием, увлажнение порошка карбида титана жидкостью, установку в верхнее отверстие наддавливающего пуансона, вибрационное уплотнение порошка карбида титана, спекание порошка карбида титана в нагревательной камере печи с неокислительной средой с получением пористого карбидного полуфабриката, расплавление пропитывающей металлической связки в тигле, расположенном в упомянутой нагревательной камере, с обеспечением поддержания температуры карбидного полуфабриката выше температуры ликвидуса пропитывающей металлической связки, заливку полученного расплава пропитывающей металлической связки в керамическую форму с обеспечением соприкосновения с карбидным полуфабрикатом, инфильтрацию карбидного полуфабриката расплавом пропитывающей металлической связки, охлаждение с обеспечением кристаллизации металлической связки в поровом пространстве карбидного полуфабриката с получением изделия, отличающийся тем, что используют керамическую форму, внутренние стенки которой покрыты звукоизоляционной удаляемой пленкой, выполненную с нижним отверстием, в котором размещают нижний пуансон, при этом увлажнение карбида титана жидкостью ведут путем вакуумирования керамической формы через нижнее отверстие, а вибрационное уплотнение порошка карбида титана ведут колебаниями ультразвуковой частоты, вводимыми через наддавливающий пуансон.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют звукоизоляционную удаляемую пленку толщиной 3…15 мкм из каучука.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вибрационное уплотнение порошка карбида титана дополнительно ведут колебаниями ультразвуковой частоты, вводимыми через нижний пуансон.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что вибрационное уплотнение порошка карбида титана ведут колебаниями ультразвуковой частоты одновременно через наддавливающий пуансон и нижний пуансон.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют поворот формы относительно горизонтальной оси на 180°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области износостойких композиционных спеченных материалов, применяемых для изготовления вооружения бурового инструмента и опорно-центрирующих устройств, полученных методами порошковой металлургии, в частности устройств для калибровки ствола скважин.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к твердым сплавам, предназначенным для изготовления износостойких изделий. Твердый сплав содержит, мас.%: молибден 1,5-2,5, кобальт 1,0-2,0, никель 4,0-8,0, хром 0,5-1,0, никелид титана 0,5-1,0, карбид вольфрама 25,0-35,0, карбид титана - остальное.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению шарового затвора из кермета на основе карбида титана. Структура кермета шарового затвора состоит из чередующихся зон с неперывной металлической матрицей и равномерно расположенными в ней изолированными друг от друга карбидными зернами и зон с напрерывной металлической матрицей и равномерно расположенными в ней карбидными зернами, образующими непрерывный каркас.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению карбидочугуна с отсутствием пор в объеме сплава, и может быть использовано для изготовления рабочих частей выглаживателей.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению износостойких изделий из композита на основе карбида титана. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности спеченным твердым сплавам на основе карбида титана. .

Изобретение относится к способу получения порошка из кермета, состоящего из карбидотитановой основы и карбидов, нитридов и/или боридов IVb, Vb и VIb подгрупп Периодической системы, включающий использование в качестве исходных веществ оксидов титана и элементов подгрупп, которые расплавляют в присутствии углерода в качестве восстановителя.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к технологии производства композиционных материалов из карбидных и металлических компонентов.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении деталей подшипников качения, работающих в условиях воздействия высоких температур.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления различного металлообрабатывающего инструмента. .

Изобретение относится к изготовлению монокристального алмазного инструмента. Способ включает пластифицирование твердосплавной порошковой смеси, засыпку полученной шихты в металлическую пресс-форму, прессование шихты в брикет, укладку монокристалла алмаза на поверхность брикета и спекание брикета с монокристаллом алмаза с пропиткой легкоплавким металлом или сплавом в направлении снизу вверх.

Группа изобретений относится к композитному материалу для землебурильного долота. Способ изготовления композитного материала включает смешивание первой составляющей твердой фазы в виде карбида со связующим веществом, второй составляющей твердой фазы в виде пористого карбида, имеющего пористость по меньшей мере 1% и содержащего от 0,1 мас.

Изобретение относится к изготовлению изделий на основе псевдосплавов вольфрам-медь. Способ включает приготовление вольфрамовой шихты, прессование заготовок, спекание заготовок с образованием пористого каркаса, приведение в контакт стороны полученной заготовки с медью, взятой с избытком, пропитку заготовки медью и ее охлаждение.

Изобретение относится к изготовлению алмазных инструментов на основе твердосплавных порошковых смесей. Способ получения алмазосодержащей матрицы алмазного инструмента включает приготовление твердосплавной порошковой смеси, ее пластифицирование, послойную засыпку приготовленной шихты и укладку алмазных зерен, имеющих оболочку из частиц хрома, в металлическую пресс-форму, прессование шихты с алмазными зернами в брикет и спекание брикета в печи с пропиткой легкоплавки металлом или сплавом в направлении снизу вверх.

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.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу изготовления композиционных материалов пропиткой пористого каркаса, имеющих высокую электропроводность, антифрикционные свойства, стойкость в агрессивных средах.

Группа изобретений относится к получению изделий из композиционных материалов с карбидно-металлической матрицей путем паро-жидкофазного металлирования. Способ включает размещение пористой заготовки и тигля с металлом в реторте замкнутого объема и их нагрев с образованием паров металла и обеспечением массопереноса металла в поры материала заготовки за счет конденсации паров металла, промежуточное охлаждение, изотермическую выдержку при максимальной температуре металлирования и окончательное охлаждение.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса. Пористую заготовку погружают в расплав матричного сплава, вакуумной дегазацией, нагревом и воздействием избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости, в качестве расплава матричного сплава используют расплав свинца, а при нагреве дополнительно проводят пропитку заготовки, последующее охлаждение и кристаллизацию.

Изобретение относится к изготовлению решетки для селективного пропускания электромагнитного излучения, в частности рентгеновского излучения. Решетка содержит конструктивный элемент со стенками, содержащими множество частиц, содержащих первый поглощающий излучение материал.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению буровых долот для бурения земли путем пропитки. Подготавливают рабочую литейную форму, в которой размещен твердый элемент из связующего материала, содержащего металл или металлический сплав.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композитов на основе металлической матрицы из алюминия или его сплавов c наполнителем из частиц борсодержащего материала и вольфрама.
Наверх