Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания

Изобретение относится к порошковым сплавам для изготовления объемных изделий селективным спеканием. Сплав содержит 0,4-0,6 мас.% углерода, 11,0-13,2 мас.% хрома; 0,1-0,4 мас.% кремния; 0,4-0,9 мас.% марганца, 0,08-0,12 мас.% алюминия, 0,4-0,8 мас.% азота; 0,03-0,1 мас.% молибдена и остальное железо. Обеспечивается повышение прочности объемных изделий до 61-63 HRC и 1200 МПа.

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении новых объемных изделий, восстановлении и увеличении срока службы изношенных деталей методами плазменного, лазерного селективного спекания, а также другими способами наплавки высококонцентрированными источниками энергии.

Известны плазменные методы формообразования деталей машин и их поверхностей, сущность которых состоит в том, что плазму направляют на обрабатываемую поверхность. Известен метод изготовления деталей плазменным напылением с целью получения заданных размеров [Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / A.M. Дальский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др. / Под общей ред. A.M. Дальского. - 5-е изд., исправленное. М.: Машиностроение, 2003. - 512 с.], в котором в камеру плазмотрона подают порошкообразный конструкционный материал и одновременно инертный газ под высоким давлением. Под действием дугового разряда конструкционный материал плавится и переходит в состояние плазмы. Струя плазмы сжимается в плазмотроне плазмообразующим газом. Выходя из сопла, струя плазмы наплавляется на обрабатываемую заготовку. Системы вертикальной и горизонтальной разверток обеспечивают перемещение струи по поверхности обработки.

Плазменное напыление применяют и для получения деталей из напыляемого материала. Детали получаются в результате наращивания микрочастиц конструкционного материала в определенных местах экрана. Иногда вместо экрана используют тонкостенную заготовку, на которую направляется плазма, и происходит наращивание металла [Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов / A.M. Дольский, Т.М. Барсукова, Л.Н. Бухаркин и др. / Под общей ред. A.M. Дольского. - 5-е изд., исправленное. М.: Машиностроение, 2003. - 512 с.].

Известны также методы селективного лазерного спекания - методы аддитивного производства, которые заключаются в спекании мелкодисперсного порошкового (обычно, металлического) материала с помощью лазера. Процесс нацеливания лазера осуществляется автоматически по заранее созданной 3D-модели, которая может быть создана в графическом редакторе (например, AutoCAD).

Известен состав материала [патент РФ №2322335, МПК В23К 35/32. Композиционный материал для износостойкой наплавки электронным лучом / С.Ф. Гнюсов, В.Г. Дураков, Д.А. Маков, Б.Ф. Советченко. - №2006122734/02; заявл. 26.06.2006; опубл. 20.04.2008, бюл. №11] для восстановления и увеличения срока службы изношенных деталей, работающих в условиях абразивного и ударно-абразивного износа, содержащий: углерод - 0,9-1,0 мас. %, марганец - 20 мас. %, молибден - 4,0 мас. %, ванадий - 4,0 мас. %, железо - остальное, и частицы упрочнителя, в качестве которых могут использоваться карбид титана или карбид ванадия. Использование такого состава при совмещении операций электронно-лучевой наплавки и старения приводит к мультимодальному распределению упрочняющей фазы в объеме упрочненного слоя, что обеспечивает высокую пластичность и ударно-абразивную износостойкость наплавленного покрытия.

Недостаток данного материала - сложная, дорогостоящая технология изготовления, включающая операции: смешения порошков исходных компонентов, спекания, дробления полученных спеков и рассева их на фракции. Кроме того, неравномерное распределение компонентов при рассеве, связанное с невозможностью получения однородного расплава при спекании, приводит к непостоянству химического состава композиционного материала, поступающего в сварочную ванну при наплавке, и, как следствие, к неоднородному по химическому составу и свойствам наплавленному покрытию.

Известен порошковый сплав [патент РФ №2607066, МПК С22С 38/36. Порошковый сплав на основе железа для износостойкой наплавки и напыления / С.П. Нефедьев, P.P. Дёма, А.В. Горбунов, Н.Ш. Тютеряков, К.Н. Вдовий, А.Н. Емелюшин. - №2015108589; заявл. 11.03.2015; опубл. 10.01.2017, бюл. №1] на основе железа, содержащий углерод, хром, кремний, марганец и алюминий, отличающийся тем, что он содержит ванадий, барий, серу и фосфор при следующем содержании компонентов, мас. %: углерод 2,9-3,3; кремний 0,4-1,0; марганец 0,4-1,2; хром 17-21; алюминий 0,15-1,2; сера не более 0,06; фосфор не более 0,07; ванадий 3-4,5; барий 0,02-0,12; железо - остальное. Он используется в области газотермического нанесения износостойкого и коррозионно-стойкого покрытия методами дуговой, лазерной, плазменной или электронно-лучевой наплавки, а также высокоскоростного, детонационного, плазменного или газопламенного напыления.

Недостатки данного материала - невозможность получения его методом плазменного распыления, так как проволоки с указанным содержанием углерода (фактически из чугуна) не выпускаются; невозможность азотирования его поверхности; повышенная крупность получаемого фракционного состава; склонность к трещинообразованию при изготовлении из него изделий.

В связи с этим задачей данного изобретения является создание порошкового сплава для изготовления объемных изделий методом селективного спекания, использование которого повысило бы прочностные свойства объемных изделий получаемых плазменным, лазерным селективным спеканием, а также другими способами наплавки высококонцентрированными источниками энергии.

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в повышении твердости и временного сопротивления получаемых из порошка объемных изделий способами плазменного, лазерного селективного спекания, а также другими способами наплавки высококонцентрированными источниками энергии.

Указанный технический результат достигается тем, что порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания, содержащий железо, углерод, хром, кремний, марганец, алюминий, согласно изобретению дополнительно содержит азот и молибден при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 0,4-0,6; хром 11,0-13,2; кремний 0,1-0,4; марганец 0,4-0,9; алюминий 0,08-0,12; азот 0,4-0,8; молибден 0,03-0,1; железо - остальное.

Азот снижает энергию дефектов упаковки, что повышает пластические свойства стали вместе с увеличением прочностных характеристик. Введение азота (азотирование) повышает склонность металлической основы наплавленного металла к полидеформационному превращению при воздействии ударных нагрузок, способствует лучшему закреплению карбидных частиц в аустените. Это приводит к формированию структуры изделия, способной подстраиваться под условия эксплуатации - внешнее воздействие (нагрузка и удары), и повышать свою твердость за счет протекания процессов деформационного упрочнения. При этом отсутствует охрупчивание и не образуются трещины, так как азот расширяет область существования аустенита и сужает область существования охрупчивающего сталь дельта-феррита. Применение азота также дало возможность исключить никель из состава сплава.

Молибден обладает большей энергией связи с азотом, чем с железом. Поэтому дополнительный ввод добавки молибдена позволяет удержать азот в твердом растворе, предотвратить его выделение, повысить качество металла. Ввод молибдена совместно с уже присутствующим марганцем и хромом в большей мере качественно улучшает характеристики наплавленного слоя за счет усиления мер, препятствующих выделению азота.

Для порошкового сплава целесообразно следующее соотношение компонентов, мас. %: углерод 0,4-0,6; хром 11,0-13,2; кремний 0,1-0,4; марганец 0,4-0,9; алюминий 0,08-0,12; азот 0,4-0,8; молибден 0,03-0,1; железо - остальное, способствующее равномерному распределению в матрице дисперсных нитридов и обеспечивающее оптимальные условия для получения наплавленного металла.

Данный порошковый материал может использоваться при создании объемных 3D-изделий, в которых снижаются внутренние напряжения, а сами изделия отличаются низкой пористостью и повышенной прочностью.

Как пример использования на практике данного порошкового сплава можно привести восстановление штока пневматического цилиндра диаметром 40 мм, изготавливаемого из стали марки 45.

Процесс наплавки осуществляли в следующей последовательности:

- зачищали обдиркой на токарно-винторезном станке 16К20 изношенную поверхность штока для увеличения контактной поверхности наплавленного слоя и подложки и усиления адгезии;

- осуществляли наплавку нанесением порошкового материала с помощью высококонцентрированного источника энергии в четыре захода по винтовой линии и получали покрытие толщиной 2-4 мм;

- охлаждали наплавленный шток на воздухе до комнатной температуры;

- наплавляли второй слой толщиной 2-4 мм по винтовой линии в четыре захода;

- охлаждали наплавленный шток на воздухе до комнатной температуры;

-осуществляли доводку диаметра штока шлифованием;

- контролировали визуально деталь на наличие дефектов.

В результате получали бездефектные покрытия, обладающие прочностью 61-63 HRC, временным сопротивлением 1200 МПа, абразивной стойкостью в 1,5-1,6 раз выше, чем стойкость нового штока.

Технический результат изобретения - повышение прочностных свойств (твердости и временного сопротивления) объемных изделий, получаемых из порошка плазменным, лазерным селективным спеканием, а также другими способами наплавки высококонцентрированными источниками энергии, до уровня 61-63 HRC и 1200 МПа.

Порошковый сплав для изготовления объемных изделий методом селективного спекания, содержащий железо, углерод, хром, кремний, марганец и алюминий, отличающийся тем, что он содержит азот и молибден при следующем соотношении компонентов, мас. %:

углерод 0,4-0,6
хром 11,0-13,2
кремний 0,1-0,4
марганец 0,4-0,9
алюминий 0,08-0,12
азот 0,4-0,8
молибден 0,03-0,1
железо остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству железных спеченных изделий. Может использоваться в приборостроении.

Изобретение относится к фрикционным материалам для работы в тормозных устройствах. Фрикционный материал на основе железа содержит 17,0-20,0 мас.% меди, 4,0-5,0 мас.% углерода, 2,0-4,0 мас.% кремнезема, 5,5-6,5 мас.% сульфата бария, 0,2-0,4 мас.% вольфрама, 6,0-8,0 никеля и остальное железо.

Изобретение относится к составам фрикционных материалов, предназначенных для работы в тормозных устройствах. Фрикционный материал на основе железа содержит, мас.

Изобретение относится к составам фрикционных материалов, предназначенных для работы в тормозных устройствах. Фрикционный материал на основе железа содержит, мас.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к составам спеченных антифрикционных материалов на основе железа. Может использоваться для изготовления деталей, работающих в несущих или направляющих узлах.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к составам спеченных антифрикционных материалов на основе железа. Может использоваться для работы в несущих или направляющих узлах.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к составам спеченных антифрикционных материалов на основе железа, которые могут быть использованы для работы в несущих или направляющих узлах.

Изобретение относится к порошковой металлургии и производству сплавов черных металлов, в частности к получению фрикционной порошковой металлокомпозиции на основе железа.

Изобретение относится к спеченным фрикционным материалам на основе железа, предназначенным для изготовления фрикционных элементов, используемых в узлах трения при ограниченной смазке.

Изобретение относится к получению композиционного металломатричного материала, армированного сверхупругими сверхтвердыми углеродными частицами. Способ включает приготовление смеси порошков металла и фуллеритов и ее прессование при давлении 5-8 ГПа и температурах 800-1000°С с обеспечением образования сверхтвердых углеродных частиц.

Изобретение относится к послойному изготовлению деталей. Способ включает этапы: (а) обеспечение материала в виде порошка, (b) нагрев первого количества порошка до температуры, превышающей температуру плавления TF порошка, и формирование на поверхности основы первой ванны, содержащей расплавленный порошок и часть основы, (с) нагрев второго количества порошка и формирование на поверхности основы второй ванны на выходе первой ванны, (d) повторение этапа (с) до получения первого слоя детали на основе, (е) нагрев n-го количества порошка и формирование n-ой ванны над частью первого слоя, (f) нагрев [n+1]-го количества порошка до температуры, превышающей температуру плавления ТF порошка, и формирование [n+1]-ой ванны, частично содержащей расплавленный порошок, на выходе n-ой ванны, (g) повторение этапа (f) до получения второго слоя детали, (h) повторение этапов (е)-(g) до получения окончательной формы детали.

Изобретение относится истираемому покрытию для газотурбинного двигателя. Газотурбинный двигатель, имеющий истираемое покрытие на внутренней поверхности статора, содержит по меньшей мере одну деталь статора, внутри или напротив которой расположена деталь ротора, выполненная с возможностью вращения, причем указанное покрытие из истираемого материала образует элемент уплотняющего соединения между деталями статора и ротора.

Изобретение относится к аддитивному изготовлению детали. Предоставляют цифровую модель подлежащей изготовлению детали, ориентируют модель относительно направления построения, изменяют модель путем добавления расходуемой уравновешивающей части, выполненной с возможностью уравновешивания остаточных напряжений, которые появляются в детали во время ее изготовления, с получением измененной модели, изготавливают заготовку слой за слоем посредством технологии аддитивного производства с использованием модели, при этом укладывают слои в стопку в направлении построения, после чего удаляют расходуемую часть с заготовки, полученную из расходуемой уравновешивающей части модели, с получением подлежащей изготовлению детали.

Изобретение относится к аддитивному изготовлению детали. Предоставляют цифровую модель подлежащей изготовлению детали, ориентируют модель относительно направления построения, изменяют модель путем добавления расходуемой уравновешивающей части, выполненной с возможностью уравновешивания остаточных напряжений, которые появляются в детали во время ее изготовления, с получением измененной модели, изготавливают заготовку слой за слоем посредством технологии аддитивного производства с использованием модели, при этом укладывают слои в стопку в направлении построения, после чего удаляют расходуемую часть с заготовки, полученную из расходуемой уравновешивающей части модели, с получением подлежащей изготовлению детали.

Изобретение относится к нанесению антифрикционных покрытий из порошковых материалов посредством их лазерного спекания на металлической поверхности. Способ формирования антифрикционного покрытия на поверхности стального изделия включает нанесение слоя порошковой композиции на поверхность стального изделия, содержащей следующие компоненты, мас.

Изобретение относится к послойному получению объемного полиметаллического изделия с градиентом свойств из порошка. Устройство содержит рабочую камеру, лазер, оптически связанный с системой сканирования и фокусировки луча, область построения изделия с поршнем, выполненным с возможностью вертикального перемещения, емкости для подачи и для сбора порошка и устройство для очистки слоя незакрепленного порошка.

Изобретение относится к способу для послойного изготовления изделия. Способ осуществляется с помощью устройства, состоящего из кругового вращающегося контейнера, расположенного в нижней его части (B).

Изобретение относится к способу для послойного изготовления изделия. Способ осуществляется с помощью устройства, состоящего из кругового вращающегося контейнера, расположенного в нижней его части (B).

Группа изобретений относится к устройству для послойного изготовления трехмерного объекта из порошка и способу извлечения изготовленного трехмерного объекта. Устройство содержит рабочее пространство и емкость для приема изготовленного трехмерного объекта.

Изобретение относится к устройству и способу спекания порошкового материала. Указанное устройство содержит рабочую камеру, пресс для уплотнения спекаемого порошка, соединенный с верхним электродом и нижним электродом, при этом оно выполнено с возможностью размещения в пресс-форме между упомянутыми электродами спекаемого порошка, причем к верхнему и нижнему электродам подсоединен емкостный контур с блоком питания и с сильноточным переключателем для замыкания упомянутого емкостного контура через спекаемый образец.

Изобретение относится к получению металлического изделия послойным лазерным синтезом из порошка. Способ включает послойную укладку порошка на предметном столе принтера и послойное проплавление порошка с обеспечением синтеза металломатричного композиционного материала под воздействием теплового источника по твердотельной модели изделия. Проплавленный слой порошка подвергают знакопеременной деформации с сохранением формы и размеров путем обжатия его инструментом с использованием направляющей матрицы в два этапа, причем на первом этапе обеспечивают локальное выдавливание материала проплавленного слоя из зоны под инструментом с его выпучиванием в зоне, окружающей инструмент, при ограничении направляющей матрицей, а на втором этапе выдавленный металл из зоны, окружающий инструмент, перемещают в его исходное положение. Обеспечивается повышение механических свойств за счет деформационной проработки структуры и устранения пористости после лазерного спекания порошка. 3 ил.

Изобретение относится к порошковым сплавам для изготовления объемных изделий селективным спеканием. Сплав содержит 0,4-0,6 мас. углерода, 11,0-13,2 мас. хрома; 0,1-0,4 мас. кремния; 0,4-0,9 мас. марганца, 0,08-0,12 мас. алюминия, 0,4-0,8 мас. азота; 0,03-0,1 мас. молибдена и остальное железо. Обеспечивается повышение прочности объемных изделий до 61-63 HRC и 1200 МПа.

Наверх