Способ получения изделий из композиционных материалов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИН

„,80„„940415 A 1 (У1) В 22 0 19/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 ) 3260787/22-03 (22) 22.12.80 (46) 30.01.91. Бюл. I! " 4 (71) Институт проблем литья

АН УССР (72) С.С.Затулавский, Р.К.Иванова и И.1!.Нечипоренко (53) 621,74,046 (088.8) (56) Патент Японии I! 51 †198, кл, В 22 D 19/08, опублик. 1976, Патент Японии !1- 52-17493, кл. В 22 П 19/00, опублик. !977. (54)(57) 1 .СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ К01"!ПОЗИЦИОННЫХ 1!АТЕРИАЛОВ, включающий послойное размещение в литейной форме основных и нспомогагельных слоев из материалов разной твердости с последующим вакуумированием и прониткой расплавом матрицы, о т л и— чающий с я тем, что, с целью увеличения производительности и эффективности процесса получения иэделий при одновременном упрощении их механнческдй обработки, все слои, размещаемые в литейной форме,изготавливают иэ гранулированного или порошкоабразного материала, причем твердость материалов основных слоев равна 30 — 90 11RC, а вспдмагательных—

80 — 300 НВ при соотношении талщин смежных слоев 0,05 — 5 О.

Э

2. Способ поп.1, о тл ич а ю шийся тем, что в качестве материалов основных слоев используют сплав ВК-6, а вспомогательных — ст.3 с размером фракций 0,63 — 1,0 .мм.

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для получения изделий из износостойких композитных материалов„. армированных высокапрачными гранулами или волокнами с высокой твердостью.

Известен способ изготовления композиционного материала, который состоит в том, что полость формы плотно заполняют гранул;..ми, так что они не могут перемещаться относительно друг друга, а затем зазоры заполняют пад давлением расплавам с меньшей, чем у

rpанул температурой плавления. Таким образом получают плотное иэделие иэ компонента.

Однако этот способ малапроиэвадителен, так как не позволяет получать качественные изделия или заготовки, имеющие большую протяженность по вертикали, cnëïàäàþùåé с осью приложения давления. Нидкий металл, проникающий через полости между плотно упакованными гранулами, охлаждается, теряет жидкоподвижность и в нижней части изделия полностью не заполняет пус— таты. Этому нежелательному явлению способствует интенсивный теплоотвод со стороны дна формы.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ получения композиционного материала из гранул высокопрачных (порошка) из одного или нескольких металлов (сплавов) и отличного ат них материала, который заключается в "QMi что слой прочных (твердых! гранул помешают на слой теплоиэаляпианнага мате— риала и эти слои памешаются на дно

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

940415

25 формы, в которой остается пространство, куда заливается расплав и накладывают давление.

Известный способ не предусматри5 вает и не позволяет получить за одну технологическую операцию несколько изделий из композитной заготовки на основе твердых гранул, так как это вызывает большие технологические 10 трудности и приводит к значительным энергетическим и материальным потерям и затратам. Это связано с тем, что композиты на основе высокопрочных гранул из твердых сплавов или соединений (например, из рэлита,стелита, сплава ВК) практически не поддаются механической обработке. Кроме того, при механической обработке (например, резанием) гранулы высокопрочных спла- 20 вов, не поддающиеся разрушению режущим инструментом, часто выкрашиваются (выбиваются) из основы, что приводит к снижению качества и ухудшению

cBoHcTB изделий а

Цель изобретения — повьппение производительности и эффективности технологии получения иэделий из композитов на основе высокопрочных твердых гранул, упрощение механической обработки изделий.

Указанная цель достигается тем, что в способе получения композиционных материалов, включающем послойное размещение в литейной форме основных

35 и вспомогательных слоев иэ материаов разной твердости с последующим вакуумированием и пропиткой расплаом матрицы, все слои, размещаемые литейной форме, изготавливают из гранулированного или порошкообразного материала, причем твердость материалов основных слоев равна 30

90 HRC, а вспомогательных — 80-300 HB при соотношении толщин смежных слоев 45

0,05 — 5,0, причем в качестве материалов основных слоев используют сплав ВК-6, а вспомогательных — ст.3 с размером фракций 0,63 — 1,0 мм.

Композитные материалы на основе твердых высокопрочных гранул (напри—

50 мер, рэлита, стелита или сплава Bi< и др.) характеризуются высокой износостойкостью и несущей способностью.

Однако механическая обработка из55 делий из этих сплавов черезвычайно затруднена, так как твердость гранул вьппе твердости обычного инструмента из быстрорежущих закаленных сталей и равна твердости твердосплавного инструмента, Для того, чтобы упростить и удешевить механическую обработку композита, слои иэ твердых гранул чередуют со слоями из мягких гранул.

Предварительно твердые гранулы (с твердостью 89 HR ) тарируют в соответствии с массой и размерами будущего изделия. Массу мягких гранул (твердость 140-250 НВ) тарируют таким образом, чтобы полученный из них слой был минимальный, но достаточной ширины и позволял разрезать композитную заготовку на отдельные изделия имеющимся режущим инструментом (резцами, фрезами, ножовочными полотнами и т.д.). С целью более эффективного использования пространства формы на дно ее засыпают порцию твердых гранул, слой разравнивают и уплотняют так, чтобы не было взаимного перемещения гранул. Последнее исключает взаимное перемешивание слоев, на этот слой засыпают порцию мягких гранул, таким же образом разравнивают и уплотняют этот слой. При дальнейшем заполнении слой чередуют IIo высоте формы. После заполнения установленно"о объема полости формы производят вакуумирование и пропитку расплавом металла (сплава). Полученная после затвердевания композитная заготовка состоит из твердых слоев (собственно композитного изделия) и промежуточных мягких слоев, по которым производят разрезку заготовки на отдельные изделия. По заранее установленным размерам слоев заготовку размечают и разрезают по мягким слоям, так как эти слои имеют низкую твердость и специальный твердосплавный или алмазный инструмент не нужен. Полученные изделия доводят шлифовкой до требуемых размеров и чистоты поверхности.

Соотношение толщин слоев из твердых и мягких гранул должно находится в пределах 1/20 — 50/1. Если это отношение меньше 1/20, то эффективность способа ухудшается, так как увеличивается объем заготовки, занятой мягкими вспомогательными слоями,которые уходят на рези. Данный предел соответствует минимальной технической толщине (0,5 мм) композитного изделия, которая характерна для изделий указанного типа — плиток, колец, вставок и т.д. Верхний предел (50/1) установлен с точки зрения минимально

Техред А. Кравчук

Редактор О. Филипова

Корректор . M. Самборская

Заказ 669 Тираж 490 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

5 94041 допустимой толщины мягкого слоя,необходимого для разрезки. При превышении этого предела возможность механической обработки (разрезки иэделия по мягкому слою) снова становится

5 з атруднительной, а качество композитных изделий ухудшается.

Изделие из композиционного материала получили по следующей технологии. В качестве высокопрочных гранул использовали крошку сплава ВК-6 (твердость HRA 89).

В качестве легкоподдающихся обработке мягких гранул бралась дробь из ст.3 фракции 0,63 — 1,00 мм, твердость НВ 160. Навеску из высокопрочных гранул (крошка ВК-6) помещали на дно стального цилиндра (формы), слой разравнивали и уплотняли, 20 высота слоя в цилиндре 6 мм, засыпали навеску дроби углеродистой стали высотой до 4 мм. Слои чередовали по высоте формы, равной 100 мм. Сверху помещали брикет из БрКМц 3-1.,Форму 25 с гранулами и брикетом в сборе устанавливали в вакуумную камеру плавиль— ной печи и производили вакуумирование для удаления влаги и летучих примесей с поверхности гранул, Выплав- 30 ку заготовки композита проводили в вакууме (1-2) 10 мм рт.ст. при температуре 1020-1040 С в течение

10 — 15 мин.

Готовую заготовку диаметром 80 и

35 высотой 100 мм разрезали по слоям с мягкими гранулами на 10 заготовок, состоящих из гранул твердого сплава

5 .6

ВК-6 и связки-бронзы. Изделия подвергали доводке-шлифовке до нужного размера °

Это позволило упростить механическую обработку изделий, повысить производительность и эффективность способа их получения, сэкономить гранулы сплава ВК-6 и специальный режущий инструмент.

Таким образом, данные свидетельствуют о том, что заявляемый способ обладает существенной новизной и промьппленной полезностью, так как позволяет получить за одну техническую операцию выплавки из одной заготовки несколько композитных изделий, позволяет упростить их механическую обработку, сэкономить дорогостоящие и дефицитные твердые гранулы рэлита, стелита, сплава ВК и др.

В ИПЛ АН УССР разработана технология получения таким способом изделий из иэносостойкого композита типа опорных и уплотнительных колец, вста вок, плит, втулок и т.д., которые показали более высокую износостойкость и несущую способность, чем традиционные материалы. Применение данного спос.оба за счет повышения эффективности и производительности в 2-3 раза, технологии выплавки композпта, упрощения механической обработк-., экономии специального (твердосплавного или алмазного) инструмента позволяет получить согласно предварительным расчетам экономический эффект от 0,5 до 3,0 руб. на 1 изделие.