Способ изготовления изделий из керметов

 

Союз Советсинк

Соцнапнстнчесинк

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (it)872514 (6l ) Дополнительное к авт. свир-ву (22)Заявлено 12 ° 07 ° 79 (21) 2794808/29-33 с присоединением заявки.% (23) Приоритет

Опубликовано 15.10-81 ° Бюллетень № 38 (5!)М. Кл.

С 04 В 35/42

С 22 С 29/00 Ьоударетаенный комитет

СССР ао делан изобретений и открытий (53) УД К666. 798. . 2 {088. 8) Дата опубликования описання15. 10.81.

В.Г.Гордон, О.А.Глемба-Овидский, Л.С.Лазаренко и Э.Г.Спиридонов с

Институт высоких температур АН СССР (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ КЕРИЕТОВ

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спосо бам получения металлокерамических материалов.

Керметы на основе хромитов и хрома обладают рядом свойств, которые делают их весьма удобным материалом при использовании при повышенных температурах в окислительной среде, например, в металлургическом производстве. Они стойки к окислению, имеют высокую прочность, малую ползучесть при высоких температурах, стойки к резкой перемене температур. Тем ие менее, при попытках их промышленного применения возникли существенные затруднения с получением изделий из керметов. Обычно для получения изделий применяется металлокерамическая технология т.е. формовка под давj °

О лением, сушка и спекание при 1700 С в нейтральной среде (Ar, Не и др) °

Однако формовка изделий даже не очень больших размеров при удельных дав2 лениях порядка 1500-2000 кг/см + затруднительна уже при площади плана изделия в 100 см . Затруднения эти связаны с необходимостью применения специальных пресс-форм, сложных в

S изготовлении. Еще большие сложности возникают при необходимости получения изделий сложной формы, особенно если учесть, что механическая обра10 ботка кермета RCrO -Cr трудна из-за твердости материала.

Известны различные способы получения изделий из керметов, например шликерное литье, при котором тонко15 дисперсная смесь исходных компонентов кермета отливается во взвешенном состоянии, т.е. в виде эмульсии необходимой текучести в специальную форму с давлением или без давлег. ния 1).

Оборудование для проведения такой операции стоит достаточно дорого, процесс сложен в отладке и в осуществ.тенин.

8725)4

Известен также способ пропитки, при котором предварительно отформованный и спеченный неметалличесt

Ъий каркас погружается в жидкий металл или касается его и пропитка идет за счет сил капиллярности 2 ).

Особенность процесса состоит н использовании жидкотекучести металла. Однако в случае, когда металлом является хром, т.е, металл с весьма высокой температурой плавления, проведение жидкофазной пропитки сталкивается с трудностями.

Трудности эти заключаются в том, что удержание расплавленного хрома в керамических тиглях является очень сложной задачей, так как хром пропитывает или разъедает все неметалли!

15

45 ческие тигли, а применение гарниссажных устройств слишком дорого.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ получения керметов хромитхром, согласно которому используют исходные порошки с размером частиц

1-100 мкм, а формование проводят з либо шликерным литьем, либо прессованием дисперсной композии с последующим обжигом 3).

Прессование кермета производится в стальных закаленных пресс-формах при удельном давлении 1000-1500 кг/см.

При этом в кермет вводится дозируемое количество хрома, определяемое путем расчета или эмпирически. При малых размерах изделий из кермета стоимость такой пресс-формы и самого прессования не очень высока. Но даже при этом условии желательно применение крупного промышленного масшта40 ба для снижения стоимости штучного изделия. Например, стоимость прессформы малого размера составляет 700800 р. Однако при необходимости прессовки изделий хотя бы чуть большего размера, скажем 10& 100 мм в плане, стоимость пресс-формы уже 7-8 тыс, р. за шт при простой конфигурации изделия и намного выше при несколько более сложной. К тому же, чем больше по размеру пресс-форма, тем труднее с ней работать и тем меньше она слу жит ° Но самое главное, при прессовке даже иэделий указанных генеральных габаритов 1ООХ100 мм необходимо иметь пресс с усилием в 150 тонн. Поэтому 55 формовка изделий из керметов, получаемых по этому методу, является сложным и дорогим процессом.

Цель изобретения — упрощение способа путем исключения формовки под давлением.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления изделий из керметов состава хромит-хром путем заполнения формы компонентами шихты с последующей термообработкой в качестве исходных компонентов используют хромит дисперсностью 2560 мк и хром дисперсностью 10-15 мк, форму заполняют хромитом, на который сверху насыпают хром, а термообработку проводят в среде нейтрального газа при 170-1850 С в течение 0,51,0 ч.

Сущность предлагаемого способа основана на том, что хромиты обладают способностью вбирать в себя порошковый хром при температурах существенно ниже температуры плавления хрома.

При таком спосОбе получения Изделий из керметов оказывается достаточным на хромит, засыпанный в керамическую

I форму, насыпь требуемое количество порошкового хрома и выдержать при

1700-1850 С в течение 0 5-1,0 ч в среде нейтрального газа (аргон, гелий и др) .

Величина дисперсности хрома и хромита является наиболее приемлимой и выявлена в результате экспериментов.

В случае, если величина гранул хромита менее 25 мк, процесс поглощения хрома протекает медленнее. В случае если дисперсность хрома преl вышает 60 мк, качество получаемого кермета значительно снижается из-за увеличения зернистости.

В случае, если величина гранул хрома 10 мк, это не оказывает существенного влияния на процесс осуществления способа, но получение хрома такой дисперсности связано со значительными трудностями, В случае, если величина гранул более 15 мк, процесс поглощения хрома идет неравномерно и могут образоваться незаполненные пу— стоты.

Величина температуры выдержки формы с засыпанным хромом в печи в среде нейтрального газа выявлена в результате многочисленных экспериментов. Если эта температура менее

1700 С, то процесс осуществления способа сильно замедляется, а если вьппе 1850 С, то начинается активироо

872514

5 ванная хромитом пропитка материала формы.

Время выдержки в среде нейтрального газа колеблется в пределах

0,5-1,0 ч.

Если время выдержки менее 0,5 ч, то растекание хрома произойдет не по всему объему изделий. Если время выдержки более 1;0 ч, это приводит к непроизводительному увеличению времени осуществления способа получения изделий из керметов.

В качестве примера конкретного выполнения можно привести способ изготовления лопатки газодинамического устройства.

Форма изготавливается следующим образом.

На модель изделия, изготовленную из парафина, наносится масса из НЗРО

9 4 (хромофосфатной связки) слоем 3-.4 мм к наполнителя, состоящего из неметаллических порошков S1С, MgCr O, причем для ускорения схватывания при- :меняются добавки MgO, Se203, У 0, .

Далее следует операция .сушки и обжио га при 500 С, при которой модель выплавляется и выгорает.

В приготовленную таким образом форму засыпают пррошок хромита дисперсностью 25-60 мк по возможности грансоставом, близким к трехфракционному. Сверху помещают необходимое количество хрома с небольшим избытком дисперсностью 15 мк. Заполненную таким образом форму помещают в печь с нейтральной средой и выдерживают при 1700 C в течение I ч. При этом частички хрома беэ плавления, исключительно за счет поверхностных эффектов в твердой фазе, равномерно рас пределяются по поверхности хромитной засыпки и, накладыва:.сь на процессы спекания кермета, образуют прочный монолит.

Использование прецлагаемого способа получения иэделий из керметов позволит исключить операцию формовки под давлением сократить вре) мя, необходимое для получения издеJIHH) исключить применение дорогостоящего оборудования. изготавливать дета ли в условиях любого металлургического завода. снизить себестоимость изделия.

Сравнение свойств кермета состава

LaCr0 -40X Cr, полученного по известному методу, и кермета LaCr03-41X Cr, 6

1полученному по предлагаемому способу, приведено ниже.

Распределение металлической и керамической фазы для керметов, полученных по известному и предлагаемому способу, существенно различно. В кермете, полученном по известному способу, всегда существует неравномерность прессовки. Связана она с тем, что

10 отношение длины к поперечному размеру при прессовке редко бывает оптимальным, т.е. порядка 1:1,5, а, как правило, отличается от такового, Центральная часть при двухстороннем ходе пуансона оказывается всегда опрессованной слабее, чем верх и низ по ходу пресса. Слои, прилегающие прямо к пуансону, существенно более плотны, чем слои нижележащие.

Поэтому при сравнении количества частиц на 1 мм, проводившемся петро— графическими методами, выясняется существенное различие между разными областями прессовки в материале. полученном по известному способу. При удельных давлениях в 1500 кг/см разли 2. чие между слоями в верхней части прессовки и в центре 8Х.

В то же время для кермета, полученного по предложенному методу, различия в концентрации частиц по всем местам не выше 1,3Х. Пористость кермета, полученного по известному методу, при одной и той же дисперс35 ности и фракционном составе 6 5Х

Э Э а по предложенному — 2,3Х. При специальном подборе фракционного состава пористость еще более снижается до 1,6Х. Соответственно этому снижаются и механические свойства извест40 ных материалов сравнительно с керметами, получаемыми по предлагаемому методу. Кроме прочностных характеристик изменяются также и пластичность материала и способность его к дефор45 мации. Так, для кермета, полученного по известному способу 0<>50 кг/см

) 7К а для предлагаемого материала 6 g

68 кг/см . Укаэанная разница в свойствах достигается за счет чисто механических причин — равномерности распределения упрочняющей неметалл хромитной фазы.

Весьма сильно влияет способ синтеза кермета на его пластичность. Тах, для кермета, полученного по известному способу, при указанном вьппе,содержании неметаллической фазы деформация при сжатии 6Х, а для кермета, получен872514

Формула изобретения

Составитель В,Гордон

Редактор С.Лыжова Техред Т.Маточка Корректор Г.Решетник

Заказ 8941/39 Тираж 663 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгоро, ул. Проектная, 4 ного по предлагаемому способу — 117.

Это объясняется наличием тонких прослоек между зернами хромита, а при способе получения кермета прессованием в материале сильно возрастает вли- 5 яние конгломератов хромитных кристаллитов, неизбежно образующихся при сжатии пресс-массы.

Данный способ получения керметов может применяться в авиационной про- О мышленности для .изготовления лопаток газодинамических устройств, в порошковой металлургии для изготовления сопловых вставок плазматронов, в черной металлургии для изготовления кера- 15 мических вставок рейтера нагревательной печи.

Способ изготовления изделий из керметов, содержащих в качестве керами— ческого компонента хромит, а в качестве металлического — хром путем

J формования и спекания, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения способа, в форму засыпают хромит дисперсностью 25-60 мк и сверху— хром дисперсностью 10-15 мк, а спекание проводят в среде нейтрального газа при 1700-1850оС в течение 0,51 ч.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Шпикерное литье керметов "Керметы", M., "Иностранная литра", 1962, с. 97-102.

2. Механизм процесса пропитки

tl и и

Керметы, M., Иностранная литра", 1962, с. 120-121.

3. Заявка Франции № 2238686, кл. С 04 В 35/42, опублик. 1975.