Способ упрочнения аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков

Авторы патента:

Агеева Екатерина Владимировна (RU)

Агеев Евгений Викторович (RU)

Алтухов Александр Юрьевич (RU)

Переверзев Антон Сергеевич (RU)

B22F3/24 - последующая обработка заготовок или изделий

B22F3/105 - с использованием электрического тока, лазерного излучения или плазмы (B22F 3/11 имеет преимущество)

B22F3/087 - с использованием импульсов высокой энергии, например импульсов магнитного поля

Владельцы патента RU 2762689:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Юго-Западный государственный университет» (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу упрочнения аддитивных изделий из кобальтохромовых порошков. Может использоваться для изготовления изделий общего машиностроительного назначения. Аддитивные изделия, полученные путем электродиспергирования кобальтохромового сплава марки «Целлит» и спекания полученного материала на 3D-принтере при скорости построения порядка 20 см³/час и толщине слоя 50 мкм, подвергают упрочнению при энергии удара 200 Дж и частоте ударов 15 Гц. Обеспечивается повышение физико-механических и эксплуатационных свойств аддитивных деталей. 4 ил., 3 пр.

Изобретение относится к способам упрочнения аддитивных изделий из кобальтохромовых порошков, полученных в результате электроэрозионного диспергирования, и может быть использовано при изготовлении изделий общего машиностроительного назначения.

Известен способ изготовления изделия из сплава на основе кобальта по аддитивной технологии (Патент РФ № 2703670, C22C 19/07 (2006.01)). Изделие из сплава на основе кобальта представляет собой поликристаллическое тело, содержащее зерна со средним размером 20-145 мкм. Заготовку получают путем послойного нанесения порошка на подложку посредством облучения лазерным лучом локальных участков.

Известен также способ изготовления изделия из порошкового материала 94WC6Co, включающий подготовку порошковой композиции путем механического смешивания частиц наночастиц Со и микронных частиц WC с соотношением размеров фракций соответственно 1:10 и последующий синтез изделия из порошковой композиции селективным лазерным плавлением с формированием слоев толщиной 20 мкм (Патент РФ № 2669034, B22F 3/105 (2006.01)).

Недостатками этих способов являются высокотемпературные воздействия на материал заготовки, снижающие физико-механические и эксплуатационные свойства аддитивных деталей.

В основу изобретения положена задача разработки технологии, в которой к процессам аддитивной обработки добавляется процесс поверхностного упрочнения, позволяющий структурировать и упрочнить материал аддитивного изделия. За счет применения предложенного подхода планируется достичь качественного повышения физико-механических и эксплуатационных свойств аддитивных деталей.

Поставленная задача решается тем, что при способе упрочнения аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков, проводят процесс электродиспергирования кобальтохромового сплава марки «Целлит» (Co - 63%, Cr - 27%, Mo - 5%, Ni - 2%, Fe - 2% примеси- 1%), спекают полученный материал на 3D-принтере при скорости построения порядка 20 см³/час и толщине слоя 50 мкм, далее полученные аддитивные изделия подвергают упрочнению при энергии удара 200 Дж и частоте ударов 15 Гц.

Упрочненные таким способом аддитивные изделия, полученные из отходов кобальтохромового сплава в результате электродиспергирования, будут иметь повышенные физико-механические и эксплуатационные свойства.

На фиг. 1 представлена схема процесса ЭЭД, на фиг. 2 показана микроструктура спеченных изделий, на фиг. 3 - результаты испытаний твердости спеченных изделий, на фиг. 4 - результаты трибологических испытаний.

Исходный порошковый материал для аддитивных изделий получали в следующей последовательности.

На первом этапе производили сортировку отходов, их промывку, сушку, обезжиривание и взвешивание. Реактор заполняли рабочей средой - водой, керосином или бутиловым спиртом, отходы загружали в реактор. Монтировали электроды. Смонтированные электроды подключали к генератору. Устанавливали необходимые параметры процесса: частоту следования импульсов, напряжение на электродах, емкость конденсаторов.

На втором этапе - этапе электроэрозионного диспергирования включали установку. Процесс ЭЭД представлен на фигуре 1. Импульсное напряжение генератора 1 прикладывается к электродам 2 и далее к отходам 3 (в качестве электродов так же служили соответственно отходы кобальтохромового сплава) в реакторе 4. При достижении напряжения определенной величины происходит электрический пробой рабочей среды 5, находящийся в межэлектродном пространстве, с образованием канала разряда. Благодаря высокой концентрации тепловой энергии, материал в точке разряда плавится и испаряется, рабочая среда испаряется и окружает канал разряда газообразными продуктами распада (газовым пузырем 6). В результате развивающихся в канале разряда и газовом пузыре значительных динамических сил, капли расплавленного материала выбрасываются за пределы зоны разряда в рабочую среду, окружающую электроды, и застывают в ней, образуя каплеобразные частицы порошка 7. Регулятор напряжения 8 предназначен для установки необходимых значений напряжения, а встряхиватель 9 передвигает один электрод, что обеспечивает непрерывное протекание процесса ЭЭД.

На третьем этапе проводится выгрузка рабочей жидкости с порошком из реактора.

На четвертом этапе происходит выпаривание раствора, его сушка, взвешивание, фасовка, упаковка.

Спекание экспериментальных образцов электроэрозионных кобальтохромовых порошков осуществляли на 3D-принтере по металлу SLM Solutions SLM 280 2.0 при скорости построения порядка 20 см³/час и толщине слоя 50 мкм.

Упрочнение спеченных образцов осуществляли на установке для статико-импульсной обработки (патент на изобретение РФ № 2487793) при энергии удара 200 Дж и частоте ударов 15 Гц.

При этом достигается следующий технический результат: получение упрочненных спеченных аддитивных изделий из электроэрозионных материалов кобальтохромового сплава марки «Целлит». В результате упрочнения значительно увеличились твердость и износостойкость.

Пример 1.

Для получения порошков из отходов кобальтохромового сплава методом электроэрозионного диспергирования использовали установку ЭЭД (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК С22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и патентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13). В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение материала с образованием дисперсных частиц порошка.

Упрочнение спеченных образцов осуществляли на оригинальной установке для статико-импульсной обработки (патент на изобретение РФ № 2487793) при энергии удара 200 Дж и частоте ударов 15 Гц.

Упрочненное спеченное изделие исследовали различными методами.

Методом оптической микроскопии было проведено исследование микроструктуры образцов (по поперечному шлифу) (Фигура 2). Поверхность полученного спеченного образца шлифовали и полировали. Шлифование производили металлографической бумагой с крупным (№ 60-70) и мелким зерном (№ 220-240). В процессе шлифования образец периодически поворачивали на 90°. Смывали частицы абразива водой и подвергали полированию на круге суспензиями из оксидов металла (Fе₃O₄, Сr₂O₃, Аl₂О₃). После достижения зеркального блеска, поверхность шлифа промывали водой, спиртом и просушивали фильтровальной бумагой.

Испытания твердости образца по поверхности проводили с помощью прибора для испытания на твердость по Роквеллу 600 MRD Instron. В результате средняя твердость составила 47 HRC, что в 1,3 раза выше, чем у неупрочненного образца. Результаты испытаний твердости представлены на Фигуре 3.

Коэффициент трения и объемный износ поверхности образца и контртела измеряли на автоматизированной машине трения Tribometer, CSM Instruments, управляемой компьютером, по стандартной схеме испытания «шарик-диск». Эти испытания позволяют использовать модель Герца и соответствуют международным стандартам ASTM G99-959 DIN50324 и используются для оценки износостойкости образца и контртела. Образец устанавливали в держателе, перпендикулярно плоскости образца закрепляли стержень, на конце которого находилось контртело - шарик диаметром 6 мм из стали Stainless Steel AISI 420. С помощью регулировки датчика перемещения выбирали радиус кривизны износа, еще один датчик компенсировал силу трения и позволял установить значение коэффициента трения в определенный момент времени. Результаты трибологических испытаний представлены на Фигуре 4. На основании трибологических исследований отмечены лучшие показатели износостойкости упрочненных аддитивных изделий в сравнении с не упрочненными, а именно меньшие в 1,11 раза коэффициент трения и в 1,25 раза объемный износ образца соответственно. Данного результата позволила обеспечить более мелкозернистая и высокотвердая структура упрочненного материала.

Пример 2.

Спекание экспериментальных образцов электроэрозионных кобальтохромовых порошков осуществляли на 3D-принтере по металлу SLM Solutions SLM 280 2.0 при скорости построения порядка 40 см³/час и толщине слоя 60 мкм.

При данных режимах порошковый материал не спекся.

Пример 3.

Упрочнение спеченных образцов осуществляли на установке для статико-импульсной обработки (патент на изобретение РФ № 2487793) при энергии удара 100 Дж и частоте ударов 10 Гц.

При данных режимах энергии удара было не достаточно для упрочнения.

Способ упрочнения аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков, отличающийся тем, что аддитивные изделия, полученные путем электродиспергирования кобальтохромового сплава марки «Целлит» и спекания полученного материала на 3D-принтере при скорости построения порядка 20 см³/час и толщине слоя 50 мкм, подвергают упрочнению при энергии удара 200 Дж и частоте ударов 15 Гц.

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам термического упрочнения изделий из твердых сплавов, применяемым для изготовления режущего и бурового оборудования. Способ термической обработки режущих пластин из твердого сплава Т5К10 включает закалку и отпуск.

Способ обработки спеченного твердого сплава т15к6 термоциклированием // 2758706

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к способам термического упрочнения изделий порошковой металлургии, в частности к изделиям твердых сплавов, применяемым для изготовления режущего и бурового оборудования. Способ обработки спеченного твердого сплава Т15К6 термоциклированием включает проведение термоциклирования в соляной печи-ванне путем подогрева твердого сплава Т15К6, его закалки и отпуска.

Способ изготовления спеченных редкоземельных магнитов мелких и средних типоразмеров // 2746517

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству постоянных магнитов из спеченных порошков на основе интерметаллических композиций редкоземельных и переходных металлов. Порошок прессуют в ориентирующем магнитном поле с минимально необходимым удельным усилием прессования, направленным перпендикулярно полю, с формированием крупногабаритной заготовки.

Коррозионностойкое изделие и способ его изготовления // 2743825

Изобретение относится к способу, включающему: размол порошка, содержащего железо сплава в присутствии оксида иттрия, до тех пор, пока оксид по существу не растворится в сплаве; термомеханическое уплотнение порошка с образованием уплотненного компонента; отжиг уплотненного компонента с образованием отожженного компонента и охлаждение отожженного компонента путем закалки водой с образованием обработанного компонента, где обработанный компонент включает поверхность, содержащую наноструктурированный ферритный сплав, этот наноструктурированный ферритный сплав включает наноструктуры, размещенные в содержащей железо основе сплава; при этом наноструктуры содержат частицы сложных оксидов, и частицы сложных оксидов содержат иттрий и титан; при этом на поверхности основа содержит примерно от 5 массовых процентов до 30 массовых процентов хрома и примерно от 0,1 массового процента до 10 массовых процентов молибдена; концентрация хи-фазы или сигма-фазы в наноструктурированном ферритном сплаве на поверхности составляет менее примерно 5 объемных процентов, и где стадию отжига проводят при температуре выше температуры растворения хи-фазы и сигма-фазы.

Способ изготовления анодов танталового конденсатора // 2740582

Изобретение относится к технологии изготовления электрических конденсаторов. Способ изготовления анодов танталового конденсатора включает смешивание безводного танталового порошка и связующего, прессование в заготовки анодов конденсаторов, возгонку связующего, обработку заготовок раствором поверхностно-активного вещества, промывку заготовок обессоленной водой, сушку в вакууме и вакуумное спекание танталовых анодов.

Способы образования опорных подложек для режущих элементов и соответствующие режущие элементы, способы образования режущих элементов и породоразрушающие инструменты // 2739840

Группа изобретений относится к образованию опорной подложки для режущего элемента, образованию режущего элемента, структуре для породоразрушающего инструмента и породоразрушающий инструмент. Способ образования опорной подложки для режущего элемента включает образование композиции предшественника, содержащей дискретные частицы WC, связующее вещество и дискретные частицы, содержащие Co, Al и одно или более из C и W, подвергание композиции предшественника процессу уплотнения с применением температуры уплотнения выше или равной температуре перехода в жидкое состояние дискретных частиц.

Материал цементированного карбида // 2739838

Группа изобретений относится к материалу цементированного карбида, способу его изготовления и инструмента из упомянутого материала. Материал содержит: а.

Способ упрочнения ультрадисперсного твердого сплава азотированием // 2736246

Изобретение относится к упрочнению ультрадисперсного твердого сплава. Ультрадисперсный твердый сплав сначала спекают при температуре 1400-1650 °С и охлаждают, затем проводят азотирование в вакуумной печи в среде азота при температуре 900-1200 °С и давлении 5 Па.

Порошок на основе железа // 2734850

Группа изобретений относится к порошковой металлургии. Порошок на основе железа состоит из частиц восстановленного оксида меди, диффузионно связанных с поверхностью распыленного железного порошка, причем содержание меди составляет 1-5%.

Способ термической обработки режущего инструмента из карбидсодержащих твердых сплавов // 2733081

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям из карбидсодержащих твердых сплавов, применяемым для холодной и горячей механической обработки металлов и сплавов, например, резанием. Способ термической обработки режущей пластины из спеченного карбидсодержащего твердого сплава включает закалку и отпуск.

Аддитивный способ получения габаритных изделий из токопроводящей керамики методом искрового плазменного спекания // 2761813

Способ относится к технике горячего прессования с одновременным спеканием порошков и к термомеханическому классу сварки с использованием тепловой энергии и давления. Аддитивный способ получения габаритных изделий из токопроводящих материалов методом искрового плазменного спекания включает предварительный обжиг соединяемых деталей, размещение между соединяемыми деталями порошка материала основы, при этом только первую соединяемую деталь подвергают предварительному спеканию, а вторую и последующие детали получают путем засыпки порошка исходной керамики в форму, в которой одним из пуансонов служит уже спеченная деталь, с последующим проведением совместного электроискрового плазменного спекания.