RU2324576C2 - Nanocristallic metal material with austenic structure possessing high firmness, durability and viscosity, and method of its production - Google Patents

Nanocristallic metal material with austenic structure possessing high firmness, durability and viscosity, and method of its production Download PDF

Info

Publication number
RU2324576C2
RU2324576C2 RU2005109265/02A RU2005109265A RU2324576C2 RU 2324576 C2 RU2324576 C2 RU 2324576C2 RU 2005109265/02 A RU2005109265/02 A RU 2005109265/02A RU 2005109265 A RU2005109265 A RU 2005109265A RU 2324576 C2 RU2324576 C2 RU 2324576C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanocrystalline
metal material
powders
sintering
metal
Prior art date
Application number
RU2005109265/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005109265A (en
Inventor
Харумацу МИУРА (JP)
Харумацу МИУРА
Нобуаки МИЯО (JP)
Нобуаки МИЯО
Хиденори ОГАВА (JP)
Хиденори ОГАВА
Кадзуо ОДА (JP)
Кадзуо ОДА
Мунехиде КАЦУМУРА (JP)
Мунехиде КАЦУМУРА
Масару МИДЗУТАНИ (JP)
Масару МИДЗУТАНИ
Original Assignee
Нано Текнолоджи Инститьют, Инк
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Нано Текнолоджи Инститьют, Инк filed Critical Нано Текнолоджи Инститьют, Инк
Publication of RU2005109265A publication Critical patent/RU2005109265A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2324576C2 publication Critical patent/RU2324576C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/006Amorphous articles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C14/00Alloys based on titanium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/12Alloys based on aluminium with copper as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/01Alloys based on copper with aluminium as the next major constituent
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F2003/1032Sintering only comprising a grain growth inhibitor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C2200/00Crystalline structure
    • C22C2200/04Nanocrystalline

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention can be used for production of bearing parts, gear transmissions and instruments utilised for heat processing and extrusion, as well as for a range of medical tools. The nanocristallic metal material is designed in the shape of an aggregate from the metal nanocristallic grains containing 0.4-5.0 % of the nitrogen mass. The powder components of the nanocristallic metal material are to be alloyed with the substance which becomes a source of nitrogen inside the centrifugal mill, obtaining consequently the small grained powders of the nanocristallic metal material with a high nitrogen composition in it. The powders of the nanocristallic material are then subjected to the condensed process selected from the heated pressing, the electrodischarge sintering, cogging in its cladding, formation of the condensed powders by way of extrusion and/or stamping with an explosion; and cogging of the formed metal material when it is shaped in an appropriate manner.
EFFECT: material obtained is noted for its increased durability and viscosity.
19 cl, 4 dwg, 5 tbl, 8 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к металлическим материалам, в частности к нанокристаллическим металлическим материалам с высокой твердостью, прочностью и вязкостью и способу их изготовления.The invention relates to metallic materials, in particular to nanocrystalline metallic materials with high hardness, strength and toughness and to a method for their manufacture.

Уровень техникиState of the art

Согласно соотношению Петча, прочность и твердость металлического материала увеличиваются с уменьшением диаметра D кристаллического зерна, и такое соотношение сохраняется до тех пор, пока D имеет величину несколько десятков нм. Таким образом, уменьшение диаметра кристаллического зерна до наномасштабов становится одним из важнейших средств упрочнения металлических материалов.According to the Petch relation, the strength and hardness of the metal material increase with decreasing diameter D of the crystalline grain, and this ratio remains as long as D has a value of several tens of nm. Thus, reducing the diameter of crystalline grains to nanoscales becomes one of the most important means of hardening metallic materials.

С другой стороны, когда диаметры кристаллических зерен уменьшаются до сверхмалых, наноуровней, большинство металлических материалов проявляют такое уникальное свойство, как сверхпластичность в температурной области выше 0,5Тп, где Тп - точка плавления (К).On the other hand, when the diameters of crystalline grains are reduced to ultra-small, nanolevels, most metallic materials exhibit such a unique property as superplasticity in the temperature region above 0.5 TP, where TP is the melting point (K).

Использование этого явления дает возможность деформировать и обрабатывать при относительно низких температурах даже материалы, чрезвычайно трудно поддающиеся пластической обработке из-за высокой точки плавления.Using this phenomenon makes it possible to deform and process at relatively low temperatures even materials that are extremely difficult to plastic processing due to the high melting point.

Есть некоторые данные, что в магнитных элементах типа железа, кобальта и никеля при наноразмерах диаметров D кристаллических зерен этих металлов коэрцитивная сила уменьшается, а слабый магнетизм усиливается с уменьшением D, чего не происходит при диаметрах D кристаллических зерен микронного размера.There is some evidence that in magnetic elements such as iron, cobalt and nickel, with nanosized diameters D of the crystal grains of these metals, the coercive force decreases, and weak magnetism intensifies with a decrease in D, which does not occur with diameters D of micron sized crystal grains.

Однако диаметр D кристаллического зерна большинства металлических материалов, изготавливаемых путем плавления, находится обычно в диапазоне от нескольких микрон до нескольких тысяч микрон, и D вряд ли можно уменьшить до наноразмеров даже с последующими обработками. Например, даже при регулируемой прокатке, являющейся важной микрообработкой кристаллических зерен стали, самый низкий возможный предел диаметра зерна составляет в лучшем случае 4-5 мкм. Другими словами, при использовании обычных способов невозможно получить материалы с диаметрами зерен, уменьшенными до наноразмеров.However, the crystal grain diameter D of most metallic materials produced by melting is usually in the range of several microns to several thousand microns, and D can hardly be reduced to nanoscale even with subsequent treatments. For example, even with controlled rolling, which is an important micro-treatment of crystalline grains of steel, the lowest possible grain diameter limit is at best 4-5 microns. In other words, using conventional methods, it is impossible to obtain materials with grain diameters reduced to nanoscale.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Задачей данного изобретения является решение вышеупомянутых проблем.The objective of the invention is to solve the above problems.

В основе изобретения лежит использование механического размалывания (МР) или механического легирования (МС) смесей порошков металлов или полуметаллов и порошков других металлических добавок. Полученные нанокристаллические порошки уменьшают до наноразмеров путем формования спеканием или методами, использующими сверхпластичность, получая, таким образом, материал, обладающий прочностью (высокой прочностью) и твердостью (сверхтвердостью), близкими к пределам, достигаемым при диаметрах кристаллических зерен, уменьшенным до наноразмеров, а также высокой коррозионной стойкостью. Далее термин "формование спеканием" обозначает "придание формы спеканием"The invention is based on the use of mechanical grinding (MR) or mechanical alloying (MS) of mixtures of powders of metals or semimetals and powders of other metal additives. The obtained nanocrystalline powders are reduced to nanoscale by molding by sintering or by methods using superplasticity, thus obtaining a material having strength (high strength) and hardness (superhardness) close to the limits achieved at crystal diameters reduced to nanoscale, as well as high corrosion resistance. Further, the term "sintering" means "shaping by sintering"

Таким образом, данное изобретение касается нанокристаллических металлических материалов и способов их изготовления, приведенных ниже.Thus, this invention relates to nanocrystalline metallic materials and methods for their manufacture, below.

1. Нанокристаллический металлический материал, обладающий высокой твердостью, прочностью и вязкостью, выполненный в виде агрегата из металлических нанокристаллических зерен, характеризующийся тем, что между кристаллическими зернами и/или внутри кристаллических зерен содержит оксид металла или полуметалла, который служит ингибитором роста нанокристаллических зерен.1. Nanocrystalline metal material having high hardness, strength and viscosity, made in the form of an aggregate of metal nanocrystalline grains, characterized in that between the crystalline grains and / or inside the crystalline grains contains metal oxide or semimetal, which serves as an inhibitor of the growth of nanocrystalline grains.

2. Нанокристаллический металлический материал, обладающий высокой твердостью, прочностью и вязкостью, выполненный в виде агрегата из металлических нанокристаллических зерен, характеризующийся тем, что между кристаллическими зернами и/или внутри кристаллических зерен содержит нитрид металла или полуметалла, который служит ингибитором роста нанокристаллических зерен.2. Nanocrystalline metal material having high hardness, strength and viscosity, made in the form of an aggregate of metal nanocrystalline grains, characterized in that between the crystalline grains and / or inside the crystalline grains contains metal nitride or semimetal, which serves as an inhibitor of the growth of nanocrystalline grains.

3. Нанокристаллический металлический материал, обладающий высокой твердостью, прочностью и вязкостью, выполненный в виде агрегата из металлических нанокристаллических зерен, характеризующийся тем, что между кристаллическими зернами и/или внутри кристаллических зерен содержит карбид металла или полуметалла, который служит ингибитором роста нанокристаллических зерен.3. Nanocrystalline metal material having high hardness, strength and viscosity, made in the form of an aggregate of metal nanocrystalline grains, characterized in that between the crystalline grains and / or inside the crystalline grains contains metal carbide or semimetal, which serves as an inhibitor of the growth of nanocrystalline grains.

4. Нанокристаллический металлический материал, обладающий высокой твердостью, прочностью и вязкостью, выполненный в виде агрегата из металлических нанокристаллических зерен, характеризующийся тем, что между кристаллическими зернами и/или внутри кристаллических зерен содержит силицид металла или полуметалла, который служит ингибитором роста нанокристаллических зерен.4. Nanocrystalline metal material having high hardness, strength and viscosity, made in the form of an aggregate of metal nanocrystalline grains, characterized in that between the crystalline grains and / or inside the crystalline grains contains a metal or semimetal silicide, which serves as an inhibitor of the growth of nanocrystalline grains.

5. Нанокристаллический металлический материал, обладающий высокой твердостью, прочностью и вязкостью, выполненный в виде агрегата из металлических нанокристаллических зерен, характеризующийся тем, что между кристаллическими зернами и/или внутри кристаллических зерен содержит борид металла или полуметалла, который служит ингибитором роста нанокристаллических зерен.5. Nanocrystalline metal material having high hardness, strength and viscosity, made in the form of an aggregate of metal nanocrystalline grains, characterized in that between the crystalline grains and / or inside the crystalline grains contains metal boride or semimetal, which serves as an inhibitor of the growth of nanocrystalline grains.

6. Нанокристаллический металлический материал, обладающий высокой твердостью, прочностью и вязкостью, выполненный в виде агрегата из металлических нанокристаллических зерен, характеризующийся тем, что между кристаллическими зернами и/или внутри кристаллических зерен содержит по крайней мере два компонента, выбранных из группы, в которую входят: оксид металла или полуметалла, нитрид металла или полуметалла, карбид металла или полуметалла, силицид металла или полуметалла и борид металла или полуметалла, которые служат ингибиторами роста нанокристаллических зерен.6. Nanocrystalline metal material having high hardness, strength and viscosity, made in the form of an aggregate of metal nanocrystalline grains, characterized in that between the crystalline grains and / or inside the crystalline grains contains at least two components selected from the group consisting of : a metal or semimetal oxide, a metal or semimetal nitride, a metal or semimetal carbide, a metal or semimetal silicide and a metal or semimetal boride that serve as growth inhibitors Nanocrystalline grains.

7. Нанокристаллический металлический материал по любому из пп.1-6, содержащий 0,01-5,0 мас.% азота.7. Nanocrystalline metal material according to any one of claims 1 to 6, containing 0.01-5.0 wt.% Nitrogen.

8. Нанокристаллический металлический материал по любому из пп.1-6, содержащий 0,01-2,0 мас.% азота.8. Nanocrystalline metal material according to any one of claims 1 to 6, containing 0.01 to 2.0 wt.% Nitrogen.

9. Нанокристаллический металлический материал по любому из пп.1-8, содержащий кислород в форме оксида металла в количестве 0,01-1,0 мас.%.9. Nanocrystalline metal material according to any one of claims 1 to 8, containing oxygen in the form of a metal oxide in an amount of 0.01-1.0 wt.%.

10. Нанокристаллический металлический материал по любому из пп.1-9, который дополнительно содержит металлический элемент, имеющий большее сродство с азотом, чем с нанокристаллическим металлом, для предотвращения денитрификации агрегата из нанокристаллических зерен во время формования спеканием.10. Nanocrystalline metal material according to any one of claims 1 to 9, which further comprises a metal element having a greater affinity for nitrogen than for nanocrystalline metal, to prevent denitrification of an aggregate of nanocrystalline grains during sintering.

11. Нанокристаллический металлический материал по любому из пп.1-10, в котором компонентом, образующим нанокристаллический металл, является по крайней мере один из элементов, выбранных из группы, состоящей из алюминия, магния, цинка, титана, кальция, бериллия, сурьмы, иттрия, скандия, индия, урана, золота, серебра, хрома, циркония, олова, вольфрама, тантала, железа, никеля, кобальта, меди, ниобия, платины, ванадия, марганца, молибдена, лантана, родия, углерода, кремния, бора, азота и фосфора.11. Nanocrystalline metal material according to any one of claims 1 to 10, in which the component forming the nanocrystalline metal is at least one of the elements selected from the group consisting of aluminum, magnesium, zinc, titanium, calcium, beryllium, antimony, yttrium, scandium, indium, uranium, gold, silver, chromium, zirconium, tin, tungsten, tantalum, iron, nickel, cobalt, copper, niobium, platinum, vanadium, manganese, molybdenum, lanthanum, rhodium, carbon, silicon, boron, nitrogen and phosphorus.

12. Нанокристаллический металлический материал по любому из пп.1-10, в котором компонентом, образующим нанокристаллический металл, является элемент группы платины, применяющейся в стоматологии.12. Nanocrystalline metal material according to any one of claims 1 to 10, in which the component forming the nanocrystalline metal is an element of the platinum group used in dentistry.

13. Нанокристаллический металлический материал по любому из пп.1-10, в котором нанокристаллическим материалом является один, два или более интерметаллических соединений, выбранных из группы, состоящей из Ni3Al, Fe3Al, FeAl, Ti3Al, TiAl, TiAl3, ZrAl3, NbAl3, NiAl, Nb2Al, Nb2Al, MoSi2, Nb5Si3, Ti5Si3, Nb2Be17, Со3Ti, Ni3(Si, Ti), SiC, Si3N4, AlN, TiNi, ZrB2, HfB2, Cr3С2, или Ni3Al-Ni3Nb.13. The nanocrystalline metal material according to any one of claims 1 to 10, in which the nanocrystalline material is one, two or more intermetallic compounds selected from the group consisting of Ni 3 Al, Fe 3 Al, FeAl, Ti 3 Al, TiAl, TiAl 3 , ZrAl 3 , NbAl 3 , NiAl, Nb 2 Al, Nb 2 Al, MoSi 2 , Nb 5 Si 3 , Ti 5 Si 3 , Nb 2 Be 17 , Co 3 Ti, Ni 3 (Si, Ti), SiC, Si 3 N 4 , AlN, TiNi, ZrB 2 , HfB 2 , Cr 3 C 2 , or Ni 3 Al-Ni 3 Nb.

14. Нанокристаллический металлический материал по любому из пп.1-13, характеризующийся тем, что металлические нанокристаллические зерна получены механическим размалыванием (МР) или механическим легированием (МС) при помощи шаровой мельницы или аналогичного устройства.14. Nanocrystalline metal material according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the metal nanocrystalline grains obtained by mechanical grinding (MR) or mechanical alloying (MS) using a ball mill or similar device.

15. Способ изготовления нанокристаллического металлического материала, включающий:15. A method of manufacturing a nanocrystalline metal material, including:

- механическое легирование (МС) порошков компонентов нанокристаллического металлического материала при помощи шаровой мельницы или аналогичного устройства для изготовления таким образом мелкозернистых порошков нанокристаллического металла; и- mechanical alloying (MS) of the powders of the components of the nanocrystalline metal material using a ball mill or similar device for the manufacture of thus fine-grained nanocrystalline metal powders; and

- обработку порошков спеканием, например прокаткой в оболочке, электроразрядным спеканием, экструзией, штампованием взрывом, для получения металлического материала, обладающего высокой твердостью, прочностью и вязкостью.- processing of powders by sintering, for example, rolling in a shell, electric discharge sintering, extrusion, stamping by explosion, to obtain a metal material with high hardness, strength and viscosity.

16. Способ изготовления нанокристаллического металлического материала, включающий:16. A method of manufacturing a nanocrystalline metal material, including:

- смешивание порошков компонентов нанокристаллического металлического материала с веществом-источником азота;- mixing the powders of the components of the nanocrystalline metal material with a nitrogen source substance;

- механическое легирование порошков компонентов нанокристаллического металлического материала при помощи шаровой мельницы или аналогичного устройства для изготовления таким образом мелкозернистых порошков нанокристаллического металла; и- mechanical alloying of the powders of the components of the nanocrystalline metal material using a ball mill or similar device for the manufacture of thus fine-grained powders of the nanocrystalline metal; and

- обработку порошков спеканием, например прокаткой в оболочке, электроразрядным спеканием, экструзией, штампованием взрывом, для получения металлического материала, обладающего высокой твердостью, прочностью и вязкостью.- processing of powders by sintering, for example, rolling in a shell, electric discharge sintering, extrusion, stamping by explosion, to obtain a metal material with high hardness, strength and viscosity.

17. Способ по п.16, при котором веществом-источником азота является нитрид металла.17. The method according to clause 16, in which the source material of nitrogen is a metal nitride.

18. Способ по п.16, при котором веществом-источником азота является газообразный N2 или NH3.18. The method according to clause 16, wherein the source of nitrogen is gaseous N 2 or NH 3 .

19. Способ по любому из пп.15-18, при котором механическое размалывание или механическое легирование осуществляют в атмосфере газа, выбранного из группы, состоящей из инертного газа, например аргона, N2, NH3 или смеси этих газов.19. The method according to any of paragraphs.15-18, in which mechanical grinding or mechanical alloying is carried out in an atmosphere of a gas selected from the group consisting of an inert gas, for example argon, N 2 , NH 3 or a mixture of these gases.

20. Способ по п.19, при котором атмосфера, в которой осуществляют механическое размалывание или механическое легирование, содержит восстановитель, например газообразный Н2.20. The method according to claim 19, in which the atmosphere in which the mechanical grinding or mechanical alloying is carried out, contains a reducing agent, for example gaseous H 2 .

21. Способ по любому из пп.15-16, при котором средой, в которой осуществляют механическое размалывание или механическое легирование, является вакуум с восстановителем, например газообразным Н2.21. The method according to any one of claims 15-16, wherein the medium in which the mechanical grinding or mechanical alloying is carried out is a vacuum with a reducing agent, for example gaseous H 2 .

22. Способ по любому из пп.16-21, включающий:22. The method according to any one of paragraphs.16-21, including:

- смешивание порошков компонентов нанокристаллического металлического материала с 1-10 об.% нитрида металла или с 0,5-10 мас.% металла, имеющего большее сродство с азотом, чем с нанокристаллическим металлом, и с веществом-источником азота;- mixing the powders of the components of the nanocrystalline metal material with 1-10 vol.% metal nitride or with 0.5-10 wt.% metal having a greater affinity with nitrogen than with nanocrystalline metal, and with a substance source of nitrogen;

- механическое легирование полученной смеси с помощью шаровой мельницы или аналогичного устройства для изготовления таким образом мелкозернистых порошков нанокристаллического металла; и- mechanical alloying of the resulting mixture with a ball mill or similar device for the manufacture of thus fine-grained nanocrystalline metal powders; and

- обработку порошков спеканием, например прокаткой в оболочке, электроразрядным спеканием, экструзией или штампованием взрывом, при этом нитрид диспергируется или нитрид или карбонитрид осаждается или диспрегируется в процессе механического легирования или в процессе спекания механически легированных порошков, в результате чего получают металлический материал, обладающий высокой твердостью, прочностью и вязкостью.- processing the powders by sintering, for example by rolling in a shell, by electric discharge sintering, by extrusion or by stamping by explosion, wherein the nitride is dispersed or the nitride or carbonitride precipitates or disperses during mechanical alloying or in the process of sintering of mechanically alloyed powders, resulting in a metal material having hardness, strength and toughness.

23. Способ по любому из пп.15-22, при котором смесь нанокристаллического металла содержит 0-40 мас.% другого элемента, а формование спеканием осуществляют при температуре на 10% ниже точки плавления.23. The method according to any one of claims 15-22, wherein the nanocrystalline metal mixture contains 0-40 wt.% Of another element, and sintering is carried out at a temperature of 10% below the melting point.

24. Способ изготовления нанокристаллической стали, обладающей высокой твердостью, прочностью и вязкостью, включающий:24. A method of manufacturing a nanocrystalline steel having high hardness, strength and toughness, including:

- механическое легирование порошков компонентов, образующих сталь, при помощи шаровой мельницы или аналогичного устройства для получения таким образом нанокристаллических порошков, образующих сталь: и- mechanical alloying of the powders of the components forming the steel using a ball mill or similar device to thereby obtain nanocrystalline powders forming the steel: and

- обработку порошков, образующих сталь, спеканием, например прокаткой в оболочке, электроразрядным спеканием, экструзией или штампованием взрывом при температуре, вызывающей сверхпластичность, или близкой к ней.- processing of powders forming steel by sintering, for example, rolling in a shell, electric-discharge sintering, extrusion or stamping by explosion at a temperature that causes superplasticity, or close to it.

25. Способ изготовления нанокристаллического чугуна, обладающего высокой твердостью, прочностью и вязкостью, включающий:25. A method of manufacturing a nanocrystalline cast iron having high hardness, strength and toughness, including:

- механическое легирование порошков компонентов, образующих чугун, с помощью шаровой мельницы или аналогичного устройства для изготовления таким образом нанокристаллических порошков, образующих чугун; и- mechanical alloying of powders of components that make cast iron, using a ball mill or similar device for the manufacture of nanocrystalline powders that form cast iron in this way; and

- обработку порошков, образующих чугун, спеканием, например прокаткой в оболочке, электроразрядным спеканием, экструзией или штампованием взрывом при температуре, вызывающей сверхпластичность, или близкой к ней.- processing of powders forming cast iron by sintering, for example, rolling in a shell, electric discharge sintering, extrusion or stamping by explosion at a temperature that causes superplasticity, or close to it.

26. Способ изготовления изделий из нанокристаллической стали, обладающей высокой твердостью, прочностью и вязкостью, включающий:26. A method of manufacturing products from nanocrystalline steel having high hardness, strength and toughness, including:

- механическое легирование порошков компонентов, образующих сталь, с помощью шаровой мельницы или аналогичного устройства, для изготовления таким образом нанокристаллических порошков, образующих сталь;- mechanical alloying of the powders of the components that make up the steel, using a ball mill or similar device, for the manufacture of thus nanocrystalline powders that make up the steel;

- обработку порошков, образующих сталь, спеканием, например прокаткой в оболочке, электроразрядным спеканием, экструзией или штампованием взрывом, для получения стали; и- processing of powders forming steel by sintering, for example by rolling in a shell, electric discharge sintering, extrusion or stamping by explosion, to obtain steel; and

- обработку стали при температуре, вызывающей сверхпластичность, или близкой к ней.- processing of steel at a temperature that causes superplasticity, or close to it.

27. Способ изготовления изделий из нанокристаллического чугуна, обладающего высокой твердостью, прочностью и вязкостью, включающий:27. A method of manufacturing articles of nanocrystalline cast iron having high hardness, strength and viscosity, including:

- механическое легирование порошков компонентов, образующих чугун, с помощью шаровой мельницы или аналогичного устройства для изготовления таким образом нанокристаллических порошков, образующих чугун;- mechanical alloying of powders of components that make cast iron, using a ball mill or similar device for the manufacture of nanocrystalline powders that form cast iron in this way;

- обработку порошков компонентов, образующих чугун, спеканием, например прокаткой в оболочке, электроразрядным спеканием, экструзией или штампованием взрывом, для получения чугуна; и- processing the powders of the components that form cast iron by sintering, for example by rolling in a shell, electric discharge sintering, extrusion or by stamping by explosion, to obtain cast iron; and

- обработку чугуна при температуре, вызывающей сверхпластичность, или близкой к ней.- processing cast iron at a temperature that causes superplasticity, or close to it.

Согласно данному изобретению при применении механического размалывания (МР) или механического легирования (МС) к порошковому материалу одного металла с добавлением другого элемента получают порошок со структурой из сверхмелких кристаллических зерен. Спекая такие порошки при температуре на 10% ниже температуры плавления этих порошков, можно легко получить металлический материал.According to this invention, when applying mechanical grinding (MR) or mechanical alloying (MS) to the powder material of one metal with the addition of another element, a powder with a structure of ultrafine crystalline grains is obtained. Sintering such powders at a temperature 10% below the melting temperature of these powders, it is easy to obtain a metal material.

При механическом легировании (МС) смеси порошков фактически одного металла, например железа, кобальта, никеля, алюминия, и добавленного углерода, ниобия, тантала или аналогичного элемента получают структуру из еще более мелких, сверхмелких кристаллических зерен. Спекая такие порошки, получают материал со структурой из нанокристаллических зерен, обладающий более высокой прочностью и твердостью, чем материал, полученный плавлением.By mechanical alloying (MS), mixtures of powders of virtually one metal, for example, iron, cobalt, nickel, aluminum, and added carbon, niobium, tantalum, or a similar element, produce a structure from even smaller, ultrafine crystalline grains. Sintering such powders, one obtains a material with a structure of nanocrystalline grains, which has higher strength and hardness than the material obtained by melting.

Путем подбора размера кристаллического зерна, состава композиции и т.п. нанокристаллическому материалу придают сверхпластичность, и это явление можно эффективно использовать в процессе формования спеканием порошков, полученных механическим легированием (МС).By selecting crystalline grain size, composition, and the like. supercriticality is imparted to the nanocrystalline material, and this phenomenon can be effectively used in the process of sintering of powders obtained by mechanical alloying (MS).

Краткое описание графических материаловA brief description of the graphic materials

Фиг.1 - средние диаметры кристаллических зерен каждого элемента после 50-часового процесса механического легирования (МС) порошков железа, кобальта и никеля с другим элементом (А), добавленным в количестве 15 ат.%, в соответствии с одним из примеров изобретения.Figure 1 - the average diameter of the crystalline grains of each element after a 50-hour process of mechanical alloying (MS) of powders of iron, cobalt and nickel with another element (A) added in an amount of 15 at.%, In accordance with one example of the invention.

Фиг.2 - график зависимости между диаметром кристаллического зерна железа DFe, используемого в одном из примеров изобретения, и логарифмом logβ коэффициента сегрегации β по границам зерен растворенного добавленного элемента.Figure 2 is a graph of the relationship between the diameter of the crystalline grain of iron D Fe used in one example of the invention and the logarithm of logβ segregation coefficient β along the grain boundaries of the dissolved added element.

Фиг.3 - график зависимости между диаметром кристаллического зерна кобальта DCo, используемого в одном из примеров изобретения, и логарифма logβ коэффициента сегрегации β по границам зерен растворенного добавленного элемента.Figure 3 is a graph of the relationship between the diameter of the crystalline cobalt grain D Co used in one example of the invention and the logarithm of logβ segregation coefficient β along the grain boundaries of the dissolved added element.

Фиг.4 - график зависимости между диаметром D кристаллического зерна образца, используемого в одном из примеров изобретения, и количеством добавленного тантала (в ат.%).Figure 4 is a graph of the relationship between the diameter D of the crystalline grain of the sample used in one example of the invention and the amount of tantalum added (in at.%).

Варианты изобретения, которым отдается предпочтениеPreferred Embodiments

Ниже описываются некоторые варианты осуществления изобретения. В одном из вариантов методы механического размалывания (МР) или механического легирования (МС) применяют к элементарным порошкам отдельных металлов, например железа, кобальта, никеля, алюминия и меди, с добавлением других элементов или без добавления, используя шаровую мельницу или аналогичное устройство, при комнатной температуре в атмосфере аргона или другой атмосфере.Some embodiments of the invention are described below. In one embodiment, the methods of mechanical grinding (MR) or mechanical alloying (MS) are applied to elementary powders of individual metals, for example, iron, cobalt, nickel, aluminum and copper, with or without other elements, using a ball mill or similar device, with room temperature in an argon atmosphere or other atmosphere.

Зерна кристаллов при механическом размалывании или механическом легировании порошков легко уменьшаются до диаметра приблизительно 10-20 нанометров в результате механической энергии, создаваемой при измельчении шарами. Например, железо, диаметр зерна которого уменьшен приблизительно до 25 нанометров, имеет твердость по Виккерсу приблизительно 1000.Grain crystals by mechanical grinding or mechanical alloying of powders are easily reduced to a diameter of approximately 10-20 nanometers as a result of mechanical energy generated by grinding balls. For example, iron, whose grain diameter is reduced to approximately 25 nanometers, has a Vickers hardness of approximately 1000.

Затем механически размолотые или механически легированные порошки загружают под вакуумом в трубу из нержавеющей стали с внутренним диаметром около 7 мм для формования спеканием методом прокатки в оболочке при температуре, которая как максимум на 10% ниже точки плавления. Таким образом, например, можно легко изготовить железный лист толщиной 1,5 мм с условным пределом текучести по меньшей мере 1,5 ГПа.Then mechanically milled or mechanically alloyed powders are loaded under vacuum into a stainless steel pipe with an inner diameter of about 7 mm for sintering by rolling in a shell at a temperature that is at least 10% below the melting point. Thus, for example, it is possible to easily fabricate an iron sheet 1.5 mm thick with a conditional yield strength of at least 1.5 GPa.

Если механическое легирование (МС) применяют к смеси порошков, включающей элементарные порошки железа, кобальта, никеля, алюминия, меди и подобных элементов, с другими элементами, например углеродом, ниобием и титаном, добавляемыми к вышеупомянутым элементам в количестве приблизительно 0,5-15 мас.%, используя шаровую мельницу или аналогичное устройство, порошки становятся сверхтонкими, то есть их кристаллические зерна имеют размер в несколько нм.If mechanical alloying (MS) is applied to a mixture of powders, including elementary powders of iron, cobalt, nickel, aluminum, copper and the like, with other elements, such as carbon, niobium and titanium, added to the above elements in an amount of about 0.5-15 wt.%, using a ball mill or similar device, the powders become ultrafine, that is, their crystalline grains have a size of several nm.

Если количество кислорода в виде оксида металла или полуметалла, который неизбежно попадает в порошки, подвергающиеся механическому легированию (МС), отрегулировать, как правило, приблизительно до 0,5 мас.%. он в дальнейшем может предотвратить укрупнение кристаллических зерен в процессе формования спеканием. Чтобы усилить эффект предотвращения укрупнения, желательно добавлять к порошкам, подвергающимся механическому легированию, 1-10 об.%, лучше 3-8 об.% диспергатора, например AlN и NbN.If the amount of oxygen in the form of metal oxide or semimetal, which inevitably gets into powders subjected to mechanical alloying (MS), adjust, as a rule, to approximately 0.5 wt.%. it can further prevent coarsening of crystalline grains during sintering. To enhance the effect of preventing coarsening, it is advisable to add to powders subjected to mechanical alloying, 1-10 vol.%, Preferably 3-8 vol.% Dispersant, for example AlN and NbN.

В данном изобретении механическое размалывание (МР) или механическое легирование (МС) применяют к порошкам отдельных металлов, например железа, кобальта, никеля, алюминия, меди, с добавлением к ним других элементов или без добавления, для получения порошков со структурой из кристаллических зерен наноразмеров. Затем, после формования металлических порошков спеканием, например прокаткой в оболочке или экструзией, количество кислорода в форме оксида металла, который неизбежно образуется в процессе механического размалывания (МР) или механического легирования (МС), регулируют приблизительно до 0,5 мас.% и тем самым сдерживают укрупнение кристаллических зерен в результате эффекта закрепления этого оксида по границам кристаллических зерен. Таким образом, можно эффективно изготавливать нанокристаллические материалы.In this invention, mechanical grinding (MR) or mechanical alloying (MS) is applied to powders of individual metals, for example, iron, cobalt, nickel, aluminum, copper, with or without other elements, to obtain powders with a structure of crystalline nanoscale grains . Then, after forming the metal powders by sintering, for example, by rolling in a shell or by extrusion, the amount of oxygen in the form of a metal oxide, which inevitably forms during mechanical grinding (MR) or mechanical alloying (MS), is controlled to approximately 0.5 wt% the most constrained is the enlargement of crystalline grains as a result of the effect of fixing this oxide along the boundaries of crystalline grains. Thus, it is possible to efficiently produce nanocrystalline materials.

ПримерыExamples

Ниже со ссылками на графические материалы приведены примеры осуществления изобретения.Below with reference to graphic materials are examples of carrying out the invention.

Пример 1Example 1

На фиг.1 показаны изменения среднего диаметра кристаллического зерна каждого элемента, подвергавшегося механическому легированию, то есть железа, кобальта и никеля, при 50-часовом механическом легировании (МС) порошковой смеси с составом M85A15 (ат.%) (М - железо, кобальт или никель), которая дополнительно содержала 15 ат.% углерода (С), ниобия (Nb), тантала (Та), титана (Ti) и т.д. в качестве других элементов (А).Figure 1 shows the changes in the average diameter of the crystalline grain of each element subjected to mechanical alloying, that is, iron, cobalt and nickel, with a 50-hour mechanical alloying (MS) of a powder mixture with the composition M 85 A 15 (at.%) (M - iron, cobalt or nickel), which additionally contained 15 at.% carbon (C), niobium (Nb), tantalum (Ta), titanium (Ti), etc. as other elements (A).

На фиг.1 DFe, DCo и DNi - средний диаметр кристаллических зерен (в нм) механически легированного железа, кобальта и никеля, соответственно. Из фиг.1 видно, что уменьшению диаметра кристаллических зерен каждого из элементов - железа, кобальта и никеля, можно способствовать эффективнее путем механического легирования с добавлением углерода, ниобия, тантала, титана и т.д., при этом кристаллические зерна всех трех вышеуказанных элементов уменьшаются до наноразмеров.In Fig. 1, D Fe , D Co, and D Ni are the average crystal grain diameter (in nm) of mechanically alloyed iron, cobalt, and nickel, respectively. Figure 1 shows that the reduction in the diameter of the crystalline grains of each of the elements - iron, cobalt and nickel can be promoted more efficiently by mechanical alloying with the addition of carbon, niobium, tantalum, titanium, etc., while the crystal grains of all three of the above elements reduced to nanoscale.

Установлено также, что уменьшению кристаллических зерен меди, алюминия и титана также способствует добавление к ним других элементов, и что углерод, фосфор и бор являются особенно эффективными. Здесь надо отметить, что другие используемые элементы включают углерод (С), ниобий (Nb), тантал (Та), фосфор (Р), бор (В) или аналогичный элемент, и что данные, касающиеся азота (N), относятся только к железу.It was also established that the addition of other elements also contributes to the reduction of the crystal grains of copper, aluminum, and titanium, and that carbon, phosphorus, and boron are especially effective. It should be noted here that other elements used include carbon (C), niobium (Nb), tantalum (Ta), phosphorus (P), boron (B) or a similar element, and that the data regarding nitrogen (N) apply only to iron.

На фиг.2 изображен график зависимости между диаметром кристаллического зерна железа DFe, используемого в одном из примеров, и логарифмом logβ коэффициента сегрегации β по границам зерен добавляемого элемента А в железе.Figure 2 shows a graph of the relationship between the diameter of the crystalline grain of iron D Fe used in one of the examples and the logarithm of logβ segregation coefficient β along the grain boundaries of the added element A in iron.

Добавляемым элементом А, например, может быть углерод (С), азот (N), тантал (Та) и ванадий (V).The added element A, for example, may be carbon (C), nitrogen (N), tantalum (Ta) and vanadium (V).

Из фиг.2 видно, что чем больше значение logβ, тем сильнее эффект уменьшения кристаллических зерен в процессе МС.From figure 2 it can be seen that the larger the value of logβ, the stronger the effect of a decrease in crystalline grains in the MS process.

На фиг.3 изображен график зависимости между диаметром кристаллического зерна кобальта DCo и логарифмом logβ коэффициента сегрегации β по границам зерен добавляемого элемента А в кобальте.Figure 3 shows a graph of the relationship between the diameter of the crystalline cobalt grain D Co and the logarithm logβ of the segregation coefficient β along the grain boundaries of the added element A in cobalt.

Добавляемым элементом А, например, может быть углерод (С), азот (N) и тантал (Та).The added element A, for example, may be carbon (C), nitrogen (N) and tantalum (Ta).

Из фиг.2 видно, что чем больше значение logβ, тем сильнее эффект уменьшения кристаллических зерен в процессе МС.From figure 2 it can be seen that the larger the value of logβ, the stronger the effect of a decrease in crystalline grains in the MS process.

Пример 2Example 2

На фиг.4 изображен график зависимости между средним диаметром кристаллического зерна D (в нм) смеси Fe64-yCr18Ni8Tay10 (в ат.%), где y=0-15, полученной после 100-часовой обработки методом МС порошковой смеси элементов: железа, никеля и тантала с добавлением к ним нитрида железа и тантала в количестве y (ат.%).Figure 4 shows a graph of the relationship between the average diameter of the crystalline grain D (in nm) of a mixture of Fe 64-y Cr 18 Ni 8 Tay 10 (in at.%), Where y = 0-15, obtained after 100-hour MS processing a powder mixture of elements: iron, nickel and tantalum with the addition of iron nitride and tantalum in the amount of y (at.%).

Из фиг.4 видно, что отмеченное влияние добавляемых элементов А, имеющих большой коэффициент сегрегации β по границам зерен, на уменьшение размеров зерен в двойных материалах, состоящих из Fe и А, также отмечено и во многокомпонентных материалах на основе Fe.Figure 4 shows that the noted effect of the added elements A having a large segregation coefficient β along the grain boundaries on the decrease in grain sizes in binary materials consisting of Fe and A is also noted in multicomponent materials based on Fe.

Пример 3Example 3

Порошковый образец Fe99,8Co0,2 (мас.%) получали методом механического легирования (МС) порошковой смеси железа и углерода в течение 200 часов. Затем образец под вакуумом помещали в трубу из нержавеющий стали. Уплотнение (т.е. спекание) размещенного в трубе порошка осуществляли методом прокатки в оболочке (ПО) при температуре 900°С и получали материал, приведенный в таблице 1.A powder sample of Fe 99.8 Co 0.2 (wt.%) Was obtained by mechanical alloying (MS) of a powder mixture of iron and carbon for 200 hours. Then the sample was placed under vacuum in a stainless steel tube. The compaction (i.e., sintering) of the powder placed in the tube was carried out by rolling in a shell (PO) at a temperature of 900 ° C and the material obtained is shown in table 1.

Таблица 1
Средний диаметр кристаллического зерна D, показатель твердости по Виккерсу Hv и количество кислорода после анализа материала Fe99,8Co0,2 (мас.%), полученного путем прокатки в оболочке (ПО) механически сплавленных при температуре 900°С порошков железа и углерода
Table 1
The average diameter of the crystalline grain D, the Vickers hardness index Hv and the amount of oxygen after analysis of the material Fe 99.8 Co 0.2 (wt.%), Obtained by rolling in the shell (PO) mechanically alloyed at 900 ° С powders of iron and carbon
ОбразецSample D (нм)D (nm) HvHv Кислород (мас.%)Oxygen (wt.%) Материал, полученный методом МС*Material obtained by MS * 2323 980980 0,4850.485 * - значение D было вычислено по уравнению Шерера, а значок * означает, что толщина материала составляла приблизительно 1,4 мм.* - the D value was calculated according to the Scherrer equation, and the * symbol means that the material thickness was approximately 1.4 mm.

Из Примера 3 и Таблицы 1 видно, что в соответствии с изобретением твердость по Виккерсу Hv полученного материала повысилась в результате уменьшения кристаллических зерен до наноразмеров и превысила твердость закаленного материала, имеющего мартенситную структуру высокоуглеродистой стали.It can be seen from Example 3 and Table 1 that in accordance with the invention, the Vickers hardness Hv of the obtained material increased as a result of the reduction of the crystal grains to nanoscale and exceeded the hardness of the hardened material having the martensitic structure of high-carbon steel.

Пример 4Example 4

Порошки сплавов (a) Fe86Cr13N1 (мас.%) и (b) Fe69,25Cr20Ni8Ta2N0,75 (масс.%) изготавливали методом механического легирования (МС) порошковых смесей, включавших порошки железа, хрома, никеля и тантала, а также нитрида железа (содержавшего 8,51 мас.% азота) в атмосфере аргона, используя шаровую мельницу.The powders of alloys (a) Fe 86 Cr 13 N 1 (wt.%) And (b) Fe 69.25 Cr 20 Ni 8 Ta 2 N 0.75 (wt.%) Were prepared by mechanical alloying (MS) of powder mixtures, including powders of iron, chromium, nickel and tantalum, as well as iron nitride (containing 8.51 wt.% nitrogen) in an argon atmosphere using a ball mill.

Затем эти порошки помещали в графитовую матрицу с внутренним диаметром 40 мм и матрицу помещали в вакуум для электроразрядногоспекания (ИПС) при 900°С, после чего спеченный материал подвергали горячей прокатке при той же температуре, отжигали при 1150°С в течение 15 минут и наконец охлаждали водой. В Таблице 2 приведен средний диаметр кристаллического зерна d, твердость Hv, предел прочности на растягивание σВ, удлинение δ и количество кислорода и азота после анализа прокатанных/отожженных продуктов.Then these powders were placed in a graphite matrix with an internal diameter of 40 mm and the matrix was placed in vacuum for electric discharge sintering (IPA) at 900 ° C, after which the sintered material was hot rolled at the same temperature, annealed at 1150 ° C for 15 minutes, and finally cooled with water. Table 2 shows the average crystal grain diameter d, hardness Hv, tensile strength σB, elongation δ, and the amount of oxygen and nitrogen after analysis of the rolled / annealed products.

Таблица 2
Средний диаметр кристаллического зерна d, твердость Hv, предел прочности на растягивание σВ, удлинение δ и количество кислорода и азота после анализа образовавшихся материалов (искровое плазменное спекание (вакуум, 900°С) плюс прокатка (вакуум, 900°С) плюс отжиг (1,150°С×15 мин./охлаждение в воде), полученных из механически сплавленных образцов порошков (a) Fe86Cr13N1 (мас.%) и (b) Fe69,25Cr20Ni8Та2N0,75 (мас.%)
table 2
The average crystal grain diameter d, hardness Hv, tensile strength σB, elongation δ, and the amount of oxygen and nitrogen after analysis of the resulting materials (spark plasma sintering (vacuum, 900 ° C) plus rolling (vacuum, 900 ° C) plus annealing (1,150 ° C × 15 min / cooling in water) obtained from mechanically alloyed powder samples of (a) Fe 86 Cr 13 N 1 (wt.%) And (b) Fe 69.25 Cr 20 Ni 8 Ta 2 N 0.75 (wt.%)
ОбразецSample d (нм)d (nm) HvHv σВ, МПаσВ, MPa δ,
%
δ,
%
Кислород, мас.%Oxygen, wt.% Азот, мас.%Nitrogen, wt.%
АBUT ВAT аbut 20twenty 200200 770770 22002200 15fifteen 0,5020.502 1,021,02 bb 1717 150150 680680 20502050 20twenty 0,5440.544 0,7460.746 А - образец механически сплавленного порошка,
В - образец полученного материала,
* - количество кислорода в порошках до МС составляло 0,23-0,28 мас.%.
A is a sample of mechanically fused powder,
B is a sample of the obtained material,
* - the amount of oxygen in powders up to MS was 0.23-0.28 wt.%.

Из Таблицы 2 видно, что хотя и наблюдается значительное увеличение кристаллического зерна и во время спекания, и во время отжига, оба полученных образца все же сохраняют структуру из кристаллических зерен наноразмеров. Это могло быть обусловлено закреплением по границам кристаллических зерен оксидов металла или полуметалла, образованных кислородом, который содержался в механически легированных порошках.From Table 2 it can be seen that although a significant increase in crystalline grain is observed both during sintering and during annealing, both samples obtained still retain a structure of crystalline nanoscale grains. This could be due to the fixation at the boundaries of crystalline grains of metal or semimetal oxides formed by oxygen, which was contained in mechanically alloyed powders.

Также установлено, что благодаря твердому раствору азота и сверхмалым размерам кристаллических зерен намного улучшились твердость Hv и предел прочности на растягивание σВ обоих сплавов.It was also found that, due to the solid solution of nitrogen and the ultra-small sizes of crystalline grains, the hardness Hv and the tensile strength σB of both alloys were much improved.

Чтобы использовать сверхпластичность, вызванную в порошковых материалах спеканием, очень важно уменьшить кристаллические зерна до сверхмелких размеров и максимально снизить рост кристаллических зерен в процессе деформации, обусловленной сверхпластичностью.In order to use the superplasticity caused by sintering in powder materials, it is very important to reduce crystalline grains to ultrafine sizes and to minimize crystalline grain growth during deformation due to superplasticity.

Согласно данному изобретению процессы спекания, использующие сверхпластичность, легко осуществлять, так как порошки со сверхмелкими, наноразмерными кристаллическими зернами довольно легко изготавливать путем механического легирования (МС) исходных порошков и благодаря тому, что оксиды металлов, неизбежно образующиеся в результате механического легирования (МС), предотвращают увеличение зерна во время спекания.According to this invention, sintering processes using superplasticity are easy to carry out, since powders with ultrafine, nanosized crystalline grains are quite easy to produce by mechanical alloying (MS) of the initial powders and due to the fact that metal oxides inevitably result from mechanical alloying (MS), prevent grain growth during sintering.

Ниже приведены примеры формования спеканием, использующего сверхпластичность в соответствии с изобретением, со ссылками на Таблицы 3, 4 и 5.The following are examples of sintering using the superplasticity in accordance with the invention, with reference to Tables 3, 4 and 5.

Пример 5Example 5

В соответствии с данным изобретением процесс формования спеканием, использующий сверхпластичность, эффективно осуществляли на порошках, полученных путем механического легирования (МС) материала углеродной стали с составом заэвтектоидной стали, в частности с содержанием углерода 0,765-2,14 мас.%. Ниже приводится один пример.In accordance with this invention, the sintering process using superplasticity was effectively carried out on powders obtained by mechanical alloying (MS) of a carbon steel material with a hypereutectoid steel composition, in particular with a carbon content of 0.765-2.14 wt.%. The following is one example.

Порошки сплава, имеющего состав заэвтектоидной стали Fe96,1-x1,5Cr1,7Mn0,5N0,2Six (мас.%), где х=1-3, были приготовлены в шаровой мельнице методом механического легирования (МС, атмосфера аргона) смеси порошков углерода, хрома, марганца и кремния с нитридом железа с содержанием азота 8.51 мас.%. Порошки помещали в графитовую матрицу с внутренним диаметром 40 мм для 15-минутного горячего прессования в вакууме при 750°С и давлении 60 МПа и получали таким образом предварительно спеченную массу в виде заготовки диаметром 40 мм и толщиной приблизительно 5 мм.Powders of an alloy having the composition of the hypereutectoid steel Fe 96.1-x1.5 Cr 1.7 Mn 0.5 N 0.2 Si x (wt.%), Where x = 1-3, were prepared in a ball mill by mechanical alloying (MS, argon atmosphere) a mixture of powders of carbon, chromium, manganese and silicon with iron nitride with a nitrogen content of 8.51 wt.%. The powders were placed in a graphite matrix with an inner diameter of 40 mm for 15 minutes of hot pressing in vacuum at 750 ° C and a pressure of 60 MPa, and a pre-sintered mass was thus obtained in the form of a preform of 40 mm in diameter and approximately 5 mm thick.

Затем на заготовку воздействовали сжимающей нагрузкой при 800°С и скорости деформации 10-4/c в течение 30 минут в направлении ее толщины, чтобы получить продукт спекания. В Таблице 3 приведены средний диаметр кристаллического зерна d, твердость Hv, предел прочности на растягивание σВ, удлинение δ и количество кислорода и азота, полученные при анализе образовавшегося продукта при разных концентрациях Si (x, y мас.%).Then, the workpiece was subjected to a compressive load at 800 ° C and a strain rate of 10 -4 / s for 30 minutes in the direction of its thickness to obtain a sintering product. Table 3 shows the average crystalline grain diameter d, hardness Hv, tensile strength σB, elongation δ, and the amount of oxygen and nitrogen obtained by analyzing the resulting product at different concentrations of Si (x, y wt.%).

Следует отметить, что азот был включен в данный образец сплава для увеличения его прочности.It should be noted that nitrogen was included in this alloy sample to increase its strength.

Из данных Таблицы 3 и величины твердости Hv при обычной температуре видно, что процесс спекания этих образцов при 800°С становится более эффективным при концентрации Si 2 мас.% или выше.From the data of Table 3 and the values of hardness Hv at ordinary temperature it is seen that the sintering process of these samples at 800 ° C becomes more efficient at a Si concentration of 2 wt.% Or higher.

Предпочтительно, чтобы концентрация Si была в пределах 2,0-3,5 мас.%.Preferably, the concentration of Si is in the range of 2.0-3.5 wt.%.

Таблица 3
Зависимость между концентрацией Si в образцах с Fe96,1-x 1,5Cr 1,7Mn 0,5N 0,2Six (масс.%, где х=1-3), полученных механическим сплавлением и уплотнением во время формования спеканием, и механическими свойствами полученных образцов
Table 3
The relationship between the Si concentration in samples with Fe 96.1-x 1.5 Cr 1.7 Mn 0.5 N 0.2 Si x (wt.%, Where x = 1-3) obtained by mechanical alloying and compaction during molding by sintering, and mechanical properties of the obtained samples
Концентрация Si (х, мас.%)The concentration of Si (x, wt.%) 1,01,0 1,51,5 2,02.0 2,52,5 3,03.0 d* (нм)d * (nm) 4,4004,400 3,2003,200 290290 240240 210210 HvHv 200200 230230 570570 610610 650650 σВ (МПа)σВ (MPa) -- -- 1,2201,220 1,3501,350 1,4301,430 δ (%)δ (%) -- -- 2424 15fifteen 1212 Кислород (мас.%)Oxygen (wt.%) 0,4450.445 0,5060.506 0,4960.496 0,4310.431 0,5430.543 Азот (мас.%)Nitrogen (wt.%) 0,2020.202 0,1980.198 0,2070,207 0,2100.210 0,2040.204 * означает, что механически сплавленные порошки при каждой концентрации х имеют средний диаметр зерен 7-20 нм.* means that mechanically fused powders at each concentration x have an average grain diameter of 7-20 nm.

Пример 6Example 6

Согласно данному изобретению процесс формования спеканием, использующим сверхпластичность, эффективно осуществляли на порошках, полученных путем механического легирования (МС) материала с составом чугуна или белого чугуна с содержанием углерода 2,2-4,3 мас.%. Ниже приводится один пример.According to this invention, the sintering process using superplasticity was effectively carried out on powders obtained by mechanical alloying (MS) of a material with the composition of cast iron or white cast iron with a carbon content of 2.2-4.3 wt.%. The following is one example.

Как и в Примере 5, порошки с составом чугуна Fe94,3С3,5Cr2N0,2 (мас.%) получали методом механического легирования (МС) смеси порошков железа, углерода, хрома и нитрида железа с содержанием азота 8,51 мас.%. Порошки помещали в графитовую матрицу с внутренним диаметром 40 мм для 15-минутного горячего прессования в вакууме при 700°С и давлении 60 МПа для получения таким образом предварительно спеченной массы в виде заготовки диаметром 40 мм и толщиной приблизительно 5 мм. Затем на заготовку воздействовали сжимающей нагрузкой со скоростью деформации 10-4/с в течение 30 минут в направлении ее толщины при температурах 550°С, 600°С, 650°С, 700°С и 750°С для получения продукта спекания. В Таблице 4 приведены: средний диаметр кристаллического зерна d, твердость Hv, предел прочности на растягивание σВ, удлинение δ и количество кислорода и азота в полученном продукте при разных температурах спекания.As in Example 5, powders with the composition of cast iron Fe 94.3 C 3.5 Cr 2 N 0.2 (wt.%) Were obtained by mechanical alloying (MS) of a mixture of powders of iron, carbon, chromium and iron nitride with a nitrogen content of 8 51 wt.%. The powders were placed in a graphite matrix with an inner diameter of 40 mm for 15 minutes of hot pressing in vacuum at 700 ° C and a pressure of 60 MPa to obtain thus pre-sintered mass in the form of a preform of 40 mm in diameter and about 5 mm thick. Then, the workpiece was subjected to a compressive load with a strain rate of 10 -4 / s for 30 minutes in the direction of its thickness at temperatures of 550 ° C, 600 ° C, 650 ° C, 700 ° C and 750 ° C to obtain a sintering product. Table 4 shows: average crystalline grain diameter d, hardness Hv, tensile strength σB, elongation δ and the amount of oxygen and nitrogen in the resulting product at different sintering temperatures.

Таблица 4
Температуры формования спеканием полученного в результате механического сплавления (МС) порошка Fe94,3С3,5Cr2N0,2 (мас.%) и механические свойства полученных изделий
Table 4
The molding temperature of the sintering obtained as a result of mechanical fusion (MS) of a powder of Fe 94.3 C 3.5 Cr 2 N 0.2 (wt.%) And the mechanical properties of the obtained products
Т (°С)T (° C) 550550 600600 650650 700700 750750 d* (нм)d * (nm) 2,0802,080 2,5102,510 150150 230230 270270 HvHv 145145 210210 810810 740740 690690 σВ (МПа)σВ (MPa) -- -- 1,6101,610 1,5301,530 1,3801,380 δ (%)δ (%) -- -- 1010 1717 2323 Кислород (мас.%)Oxygen (wt.%) 0,5030.503 0,4690.469 0,4570.457 0,4320.432 0,4250.425 Азот (мас.%)Nitrogen (wt.%) 0,2050.205 0,2080.208 0,2010.201 0,2040.204 0,2070,207

Из данных Таблицы 4 и показателей твердости при обычной температуре установлено, что эффективность процесса спекания каждого образца увеличивается при температурах 650°С и выше.From the data of Table 4 and hardness indicators at ordinary temperature, it was found that the efficiency of the sintering process of each sample increases at temperatures of 650 ° C and above.

Пример 7Example 7

Как и в Примере 6, порошки сплавов (a) Ti88Ta6Nb4Fe2 (мас.%), (b) Ti88Nb6Zr4Fe2 (мас.%) и (с) Ti88Zr6Ta4Fe2 (мас.%) получали путем механического легирования (МС) смеси элементарных порошков титана, тантала, ниобия, циркония, и железа. Порошки помещали в графитовую матрицу с внутренним диаметром 40 мм для 15-минутного горячего прессования в вакууме при 700°С и давлении 60 МПа для получения таким образом предварительно спеченной массы в виде заготовки диаметром 40 мм и толщиной приблизительно 5 мм.As in Example 6, alloy powders (a) Ti 88 Ta 6 Nb 4 Fe 2 (wt.%), (B) Ti 88 Nb 6 Zr 4 Fe 2 (wt.%) And (c) Ti 88 Zr 6 Ta 4 Fe 2 (wt.%) Was obtained by mechanical alloying (MS) of a mixture of elementary powders of titanium, tantalum, niobium, zirconium, and iron. The powders were placed in a graphite matrix with an inner diameter of 40 mm for 15 minutes of hot pressing in vacuum at 700 ° C and a pressure of 60 MPa to obtain thus pre-sintered mass in the form of a preform of 40 mm in diameter and about 5 mm thick.

Затем на заготовку воздействовали сжимающей нагрузкой со скоростью деформации 10-4/c в течение 30 минут в направлении ее толщины, изменяя температуры для определения температуры TСП, при которой появляется сверхпластичность и резко возрастает твердость предварительно спеченного материала в условиях нормальной температуры. Результаты приведены в Таблице 5.Then, the workpiece was subjected to a compressive load with a strain rate of 10 -4 / s for 30 minutes in the direction of its thickness, changing the temperature to determine the temperature T SP , at which superplasticity appears and the hardness of the pre-sintered material sharply increases at normal temperature. The results are shown in Table 5.

Таблица 5
Механические свойства сформованных изделий, полученных из механически сплавленных порошков (a) Ti88Ta6Nb4Fe2 (мас.%), (b) Ti88Nb6Zr4Fe2 (мас.%) и (с) Ti88Zr6Ta4Fe2 (мас.%), и температура появления сверхпластичности во время формования
Table 5
Mechanical properties of molded articles obtained from mechanically alloyed powders (a) Ti 88 Ta 6 Nb 4 Fe 2 (wt.%), (B) Ti 88 Nb 6 Zr 4 Fe 2 (wt.%) And (c) Ti 88 Zr 6 Ta 4 Fe 2 (wt.%), And the temperature of the appearance of superplasticity during molding
ОбразцыSamples d* (нм)d * (nm) HvHv σВ (МПа)σВ (MPa) δ (%)δ (%) Т (°С)T (° C) КислородOxygen АBUT 150150 720720 1,7001,700 1010 910910 0,5510.551 ВAT 190190 650650 1,6101,610 14fourteen 890890 0,6030.603 СFROM 240240 590590 1,5401,540 2222 850850 0,6750.675 * - означает, что средний диаметр кристаллического зерна в механически сплавленных порошках составлял 14-20 нм.* - means that the average diameter of the crystalline grain in mechanically alloyed powders was 14-20 nm.

В частности, в Таблице 5 приведены следующие данные: средний диаметр кристаллического зерна d, твердость Hv, предел прочности на растягивание σВ, удлинение δ и количество кислорода в сформованном изделии, полученном при заданной сжимающей нагрузке, температуре на 50°С выше температуры ТСП и скорости деформации 10-4/с в течение 30 минут.In particular, Table 5 shows the following data: average crystalline grain diameter d, hardness Hv, tensile strength σB, elongation δ and the amount of oxygen in the molded product obtained at a given compressive load, a temperature 50 ° C higher than the temperature T SP and strain rates of 10 -4 / s for 30 minutes.

Из Примера 5 (Таблица 3), Примера 6 (Таблица 4) и Примера 7 (Таблица 5) видно, что для сформованных спеканием изделий, которые состоят из нанокристаллов, существует определенная температура, при которой появляется сверхпластичность, в зависимости от размера, состава и других характеристик кристаллического зерна, и что сверхпластичность, которая возникла при такой температуре или близкой к ней, дает возможность более эффективно соединять нанокристаллические зерна в процессе формования спеканием, что дает возможность получать материал, который при обычной температуре имеет очень высокую твердость.From Example 5 (Table 3), Example 6 (Table 4), and Example 7 (Table 5), it can be seen that for sintered products that consist of nanocrystals, there is a certain temperature at which superplasticity appears, depending on size, composition and other characteristics of crystalline grains, and that the superplasticity that arose at such a temperature or close to it makes it possible to more efficiently combine nanocrystalline grains during sintering, which makes it possible to obtain material that at normal temperature has a very high hardness.

Из примера 5 (Таблица 3) видно, что при концентрации Si более 2% процесс спекания может протекать более эффективно, поскольку наличие Si ведет к заметному предотвращению роста зерна под воздействием сжимающей нагрузки.From example 5 (Table 3) it is seen that at a Si concentration of more than 2%, the sintering process can proceed more efficiently, since the presence of Si leads to a noticeable prevention of grain growth under the influence of a compressive load.

Из Примера 7 (Таблица 5) видно, что согласно изобретению даже сплавы, имеющие высокую точку плавления, например титановые сплавы, механическим легированием можно измельчать в порошки, состоящие из кристаллических зерен наноразмеров, и из них можно получать материалы формованием спеканием при относительно низких температурах.It can be seen from Example 7 (Table 5) that according to the invention, even alloys having a high melting point, for example titanium alloys, can be pulverized by mechanical alloying into powders consisting of crystalline nanoscale grains, and materials can be obtained by molding by sintering at relatively low temperatures.

Пример 8Example 8

Порошки сплавов (a) Al93,5Cu6Zr0,5 (мас.%), (b) Cu87Al10Fe3 (мас.%) и (с) Ni48,25Cr39Fe10T1,75Al1 (мас.%), полученные путем механического легирования (МС), проявляют сверхпластичность при температуре, равной или приближающейся к 430°С, 750°С и 770°С, соответственно, и каждая температура была приблизительно на 50°С ниже температуры, при которой возникает сверхпластичность сплава, получаемого плавлением.Powders of alloys of (a) Al 93.5 Cu 6 Zr 0.5 (wt.%), (B) Cu 87 Al 10 Fe 3 (wt.%) And (c) Ni 48.25 Cr 39 Fe 10 T 1, 75 Al 1 (wt.%) Obtained by mechanical alloying (MS) exhibit superplasticity at a temperature equal to or approaching 430 ° C, 750 ° C and 770 ° C, respectively, and each temperature was approximately 50 ° C lower temperature at which superplasticity of the alloy obtained by melting occurs.

Главные причины этого могут состоять в том, что кристаллические зерна в предлагаемом нанокристаллическом материале уменьшены до сверхмалых размеров, и оксид металла или аналогичное соединение, присутствующее между и/или в нанокристаллических зернах, ведет себя как эффективный ингибитор роста зерна.The main reasons for this may be that the crystalline grains in the proposed nanocrystalline material are reduced to ultra-small sizes, and the metal oxide or similar compound present between and / or in the nanocrystalline grains behaves as an effective grain growth inhibitor.

Согласно изобретению труднообрабатываемые материалы, например чугун, материалы с высокой точкой плавления или титановые сплавы, применение которых ограничено из-за их хрупкости, можно превратить в материалы, обладающие высокой твердостью, прочностью и вязкостью путем изготовления нанокристаллических порошков механическим легированием (МС) и формованием спеканием, использующим сверхпластичность, чего нельзя было достигнуть известными способами. Таким образом, данное изобретение дает возможность получать совершенно новый материал с высокой твердостью, прочностью и вязкостью (в виде агрегата из нанокристаллических зерен), как показано в примерах 6 и 7.According to the invention, difficult to process materials, for example cast iron, materials with a high melting point or titanium alloys, the use of which is limited due to their brittleness, can be converted into materials having high hardness, strength and toughness by manufacturing nanocrystalline powders by mechanical alloying (MS) and sintering using superplasticity, which could not be achieved by known methods. Thus, this invention makes it possible to obtain a completely new material with high hardness, strength and viscosity (in the form of an aggregate of nanocrystalline grains), as shown in examples 6 and 7.

Возможное применение изобретения в промышленностиPossible application of the invention in industry

Нанокристаллические металлические материалы, полученные в соответствии с данным изобретением, наиболее целесообразно применять в следующих областях.Nanocrystalline metallic materials obtained in accordance with this invention, it is most advisable to apply in the following areas.

(1) Подшипники(1) bearings

При использовании предлагаемого нанокристаллического металлического материала для вращающихся частей подшипников можно значительно уменьшить количество используемого материала благодаря его прочности, что не только сэкономит используемый материал, но и позволит значительно уменьшить энергию во время работы подшипника за счет значительного снижения центробежной силы движущейся детали подшипника.When using the proposed nanocrystalline metal material for the rotating parts of the bearings, it is possible to significantly reduce the amount of material used due to its strength, which will not only save the material used, but will also significantly reduce energy during operation of the bearing due to a significant decrease in the centrifugal force of the moving bearing part.

(4) Зубчатые передачи(4) Gears

Металлические материалы, используемые для изготовления большинства зубчатых передач, должны обладать противоречивыми свойствами: износостойкостью поверхности (поверхности головки зуба) и внутренней прочностью. Поэтому для обеспечения дополнительной твердости необходима обработка поверхности и приходится применять сложные технологии, включающие, например, цементацию поверхности головки зуба, закалку и отпуск. Однако, если для этих целей использовать предлагаемый сверхтвердый нанокристаллический материал, изготовленный методом экструзии, можно обойтись и без дополнительной специальной обработки.The metal materials used for the manufacture of most gears must have conflicting properties: wear resistance of the surface (surface of the tooth head) and internal strength. Therefore, to provide additional hardness, surface treatment is necessary and complex technologies have to be applied, including, for example, cementing the surface of the tooth head, hardening and tempering. However, if we use the proposed superhard nanocrystalline material produced by extrusion for these purposes, we can do without additional special processing.

(3) Инструменты для горячей обработки и экструзии(3) Tools for hot processing and extrusion

Закаленные и отпущенные материалы, которые часто используются в инструментах для резания при высоких температурах, например молибденовые стали для высокоскоростного резания, обладают свойством быстро размягчаться при температуре выше 400°С вследствие того, что матрица материала состоит из отпущенной мартенситной фазы, которая становится нестабильной при повышении температуры. Предлагаемый же нанокристаллический металлический материал благодаря тому, что его матрица сама по себе представляет собой стабильную фазу и поэтому не размягчается при высоких температурах, является более подходящим материалом для инструментов, предназначенных для горячей обработки.Hardened and tempered materials, which are often used in tools for cutting at high temperatures, for example, molybdenum steels for high-speed cutting, have the property of quickly softening at temperatures above 400 ° C due to the fact that the material matrix consists of a tempered martensitic phase, which becomes unstable with increasing temperature. The proposed nanocrystalline metal material, due to the fact that its matrix itself is a stable phase and therefore does not soften at high temperatures, is a more suitable material for tools designed for hot processing.

Предлагаемый нанокристаллический металлический материал в силу того, что его матрица относительно теплостойкая, можно более эффективно использовать для экструзионных инструментов, подвергающимся значительным термальным изменениям в процессе использования.The proposed nanocrystalline metal material, due to the fact that its matrix is relatively heat-resistant, can be more effectively used for extrusion tools that undergo significant thermal changes during use.

(4) Медицинские и подобные инструменты(4) Medical and similar instruments

В отличие от хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталей материалы на основе титана или высокоазотистые хромомарганцевые аустенитные стали не вызывают воспаления кожи или болезни кожи и поэтому их можно использовать в качестве материала для хирургических скальпелей, медицинских низкотемпературных инструментов, инструмента с острыми кромками, например ножей, инструментов и т.п. общего назначения.Unlike nickel-chromium austenitic stainless steels, titanium-based materials or high-nitrogen chromomanganese austenitic steels do not cause skin inflammation or skin disease and therefore can be used as material for surgical scalpels, medical low-temperature instruments, sharp-edged instruments, such as knives, instruments, etc. .P. general purpose.

Claims (19)

1. Нанокристаллический металлический материал, имеющий высокую твердость, прочность и вязкость, выполненный в виде агрегата из металлических нанокристаллических зерен, который содержит 0,4-5,0 мас.% азота.1. Nanocrystalline metal material having high hardness, strength and viscosity, made in the form of an aggregate of metal nanocrystalline grains, which contains 0.4-5.0 wt.% Nitrogen. 2. Нанокристаллический металлический материал по п.1, в котором агрегат из металлических нанокристаллических зерен содержит 0,4-2,0 мас.% азота.2. The nanocrystalline metal material according to claim 1, in which the aggregate of metal nanocrystalline grains contains 0.4 to 2.0 wt.% Nitrogen. 3. Нанокристаллический металлический материал по п.1 или 2, который дополнительно содержит металлический элемент, имеющий большее сродство с азотом, чем нанокристаллический металл, и предотвращающий денитрификацию агрегата из нанокристаллических зерен во время формования спеканием.3. The nanocrystalline metal material according to claim 1 or 2, which further comprises a metal element having a greater affinity for nitrogen than the nanocrystalline metal, and preventing denitrification of an aggregate of nanocrystalline grains during sintering. 4. Нанокристаллический металлический материал по п.1, в котором компонентом, служащим для образования металлического материала, является по крайней мере один из элементов, выбранный из группы, в которую входят алюминий, магний, цинк, титан, кальций, бериллий, сурьма, иттрий, скандий, индий, уран, золото, серебро, хром, цирконий, олово, вольфрам, тантал, железо, никель, кобальт, медь, ниобий, платина, ванадий, марганец, молибден, лантан, родий, углерод, кремний, бор, азот и фосфор.4. The nanocrystalline metal material according to claim 1, in which the component that serves to form the metal material is at least one of the elements selected from the group consisting of aluminum, magnesium, zinc, titanium, calcium, beryllium, antimony, yttrium , scandium, indium, uranium, gold, silver, chromium, zirconium, tin, tungsten, tantalum, iron, nickel, cobalt, copper, niobium, platinum, vanadium, manganese, molybdenum, lanthanum, rhodium, carbon, silicon, boron, nitrogen and phosphorus. 5. Нанокристаллический металлический материал по любому из пп.1-3, в котором компонентом, служащим для образования металлического материала, является элемент платиновой группы, применяемый в стоматологии.5. Nanocrystalline metal material according to any one of claims 1 to 3, in which the component used to form the metal material is an element of the platinum group used in dentistry. 6. Нанокристаллический металлический материал по любому из пп.1-3, в котором нанокристаллическим материалом является одно или два или более интерметаллических соединений, выбранных из группы, которая состоит из Ni3Al, Fe3Al, FeAl, Ti3Al, TiAl, TiAl3, ZrAl3, NbAl3, NiAl, Nb2Al, MoSi2, Nb5Si3, Ti5Si3, Nb2Be17, Со3Ti, Ni3(Si, Ti), SiC, Si3N4, AlN, TiNi, ZrB2, HfB2, Cr3С2, или Ni3Al-Ni3Nb.6. The nanocrystalline metal material according to any one of claims 1 to 3, in which the nanocrystalline material is one or two or more intermetallic compounds selected from the group consisting of Ni 3 Al, Fe 3 Al, FeAl, Ti 3 Al, TiAl, TiAl 3 , ZrAl 3 , NbAl 3 , NiAl, Nb 2 Al, MoSi 2 , Nb 5 Si 3 , Ti 5 Si 3 , Nb 2 Be 17 , Co 3 Ti, Ni 3 (Si, Ti), SiC, Si 3 N 4 , AlN, TiNi, ZrB 2 , HfB 2 , Cr 3 C 2 , or Ni 3 Al-Ni 3 Nb. 7. Нанокристаллический металлический материал по любому из пп.1-3, в котором металлические нанокристаллические зерна получены механическим размалыванием или механическим легированием с использованием шаровой мельницы.7. Nanocrystalline metal material according to any one of claims 1 to 3, in which metal nanocrystalline grains are obtained by mechanical grinding or mechanical alloying using a ball mill. 8. Способ изготовления нанокристаллического металлического материала, включающий механическое легирование компонентов нанокристаллического металлического материала с веществом, которое становится источником азота, с использованием шаровой мельницы с получением мелкозернистых порошков нанокристаллического металлического материала с высоким содержанием азота, уплотняющую обработку порошков нанокристаллического материала методом, выбранным из группы, которая состоит из горячего прессования, электроразрядного спекания, прокатки в оболочке и комбинации из двух или более методов, формование спеканием полученных уплотненных порошков металлического материала путем экструзии и/или штамповки взрывом, прокатку сформованного спеканием металлического материала при необходимости придания ему заданной формы с получением металлического материала, имеющего высокую твердость, прочность и вязкость.8. A method of manufacturing a nanocrystalline metal material, including mechanical alloying of the components of the nanocrystalline metal material with a substance that becomes a nitrogen source, using a ball mill to obtain fine-grained powders of nanocrystalline metal material with a high nitrogen content, densifying the processing of nanocrystalline material powders by a method selected from the group which consists of hot pressing, electric discharge sintering, rolling shell, and combinations of two or more techniques, molding obtained by sintering a metal material compacted powders by extrusion and / or stamping explosion rolling molded sintered metal material, if necessary imparting a predetermined shape to obtain a metal material having high hardness, strength and toughness. 9. Способ по п.8, в котором веществом, которое становится источником азота, служит нитрид металла.9. The method according to claim 8, in which the substance, which becomes a source of nitrogen, is metal nitride. 10. Способ по п.8, в котором веществом, которое становится источником азота, служит газообразный N2 или NH3.10. The method according to claim 8, in which the substance, which becomes a source of nitrogen, is gaseous N 2 or NH 3 . 11. Способ по п.8, в котором механическое легирование осуществляют в атмосфере газа, выбранного из группы, состоящей из инертного газа, такого как аргон, N3, NH3, или смеси по крайней мере двух из этих газов.11. The method of claim 8, in which the mechanical alloying is carried out in an atmosphere of a gas selected from the group consisting of an inert gas, such as argon, N 3 , NH 3 , or a mixture of at least two of these gases. 12. Способ по п.11, в котором атмосфера, в которой осуществляют механическое легирование, содержит восстановитель, такой как газообразный H2.12. The method according to claim 11, in which the atmosphere in which the mechanical alloying is carried out, contains a reducing agent, such as gaseous H 2 . 13. Способ по п.8, в котором средой, в которой осуществляют механическое легирование, является вакуум, вакуум с восстановителем, таким как газообразный Н2, или восстановительная атмосфера.13. The method of claim 8, in which the medium in which the mechanical alloying is carried out is a vacuum, a vacuum with a reducing agent, such as gaseous H 2 , or a reducing atmosphere. 14. Способ по любому из пп.8-13, включающий смешивание порошков компонентов нанокристаллического металлического материала с 1-10 об.% нитрида металла или с 0,5-10 мас.% металла, имеющего большее сродство с азотом, чем нанокристаллический металл, и с веществом, которое становится источником азота, механическое легирование полученной смеси с использованием шаровой мельницы с изготовлением таким образом мелкозернистых порошков нанокристаллического металла и уплотняющую обработку порошка и формирование спеканием по п.8, в результате чего нитрид диспергируется, или нитрид или карбонитрид осаждается или диспергируется в процессе механического легирования, в процессе уплотняющей обработки или в процессе формования спеканием указанных порошков.14. The method according to any one of claims 8 to 13, comprising mixing the powders of the components of the nanocrystalline metal material with 1-10 vol.% Metal nitride or with 0.5-10 wt.% Metal having a greater affinity for nitrogen than the nanocrystalline metal, and with a substance that becomes a source of nitrogen, mechanical alloying of the resulting mixture using a ball mill, thereby producing fine-grained nanocrystalline metal powders and densification processing of the powder and sintering according to claim 8, resulting in di nitride is dispersed, or nitride or carbonitride is precipitated or dispersed in the process of mechanical alloying, in the process of densification processing or in the molding process by sintering of said powders. 15. Способ по любому из пп.8-13, в котором смесь нанокристаллического металла содержит 0,5-40 мас.% другого элемента, а формование спеканием по п.8 осуществляют при температуре, которая по крайней мере на 10% ниже точки плавления или температуры плавления нанокристаллического материала.15. The method according to any one of claims 8 to 13, in which the mixture of nanocrystalline metal contains 0.5-40 wt.% Another element, and molding by sintering according to claim 8 is carried out at a temperature that is at least 10% below the melting point or the melting temperature of the nanocrystalline material. 16. Способ по п.8, при котором формование спеканием порошков, которые образуют металлический материал в виде стали, осуществляют при температурах, вызывающих суперпластичность или близких к ним.16. The method of claim 8, wherein the sintering of powders that form a metal material in the form of steel is carried out at temperatures that cause superplasticity or close to them. 17. Способ по п.8, при котором полученный в результате формования спеканием металлический материал в виде стали обрабатывают при температурах, вызывающих суперпластичность, или близких к ним.17. The method according to claim 8, in which the metal material obtained in the form of sintering in the form of steel is processed at or near superplastic temperatures. 18. Способ по п.8, при котором формование спеканием порошков, которые образуют металлический материал в виде чугуна, осуществляют при температурах, вызывающих суперпластичность, или близких к ним.18. The method of claim 8, wherein the sintering of powders that form a metallic material in the form of cast iron is carried out at or near superplastic temperatures. 19. Способ по п.8, при котором полученный в результате формования спеканием металлического материала в виде чугуна обрабатывают при температурах, вызывающих суперпластичность, или близких к ним.19. The method of claim 8, wherein the resulting sintering of a metal material in the form of cast iron is processed at or near superplastic temperatures.
RU2005109265/02A 2002-09-30 2003-09-30 Nanocristallic metal material with austenic structure possessing high firmness, durability and viscosity, and method of its production RU2324576C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002287950 2002-09-30
JPJP2002-287950 2002-09-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005109265A RU2005109265A (en) 2006-02-20
RU2324576C2 true RU2324576C2 (en) 2008-05-20

Family

ID=32040626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005109265/02A RU2324576C2 (en) 2002-09-30 2003-09-30 Nanocristallic metal material with austenic structure possessing high firmness, durability and viscosity, and method of its production

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20060127266A1 (en)
EP (1) EP1548138A4 (en)
CN (1) CN1685071A (en)
AU (1) AU2003266721A1 (en)
RU (1) RU2324576C2 (en)
UA (1) UA77578C2 (en)
WO (1) WO2004029313A1 (en)

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7727221B2 (en) 2001-06-27 2010-06-01 Cardiac Pacemakers Inc. Method and device for electrochemical formation of therapeutic species in vivo
US7615446B2 (en) * 2005-10-13 2009-11-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Charge trap flash memory device, fabrication method thereof, and write/read operation control method thereof
CN100351409C (en) * 2005-12-30 2007-11-28 北京科技大学 Nanometer SiC/ Bi2Te3 base thermoelectric material preparation method
US8840660B2 (en) 2006-01-05 2014-09-23 Boston Scientific Scimed, Inc. Bioerodible endoprostheses and methods of making the same
US8089029B2 (en) 2006-02-01 2012-01-03 Boston Scientific Scimed, Inc. Bioabsorbable metal medical device and method of manufacture
US8048150B2 (en) 2006-04-12 2011-11-01 Boston Scientific Scimed, Inc. Endoprosthesis having a fiber meshwork disposed thereon
WO2008017028A2 (en) 2006-08-02 2008-02-07 Boston Scientific Scimed, Inc. Endoprosthesis with three-dimensional disintegration control
CA2663271A1 (en) 2006-09-15 2008-03-20 Boston Scientific Limited Bioerodible endoprostheses and methods of making the same
EP2081616B1 (en) 2006-09-15 2017-11-01 Boston Scientific Scimed, Inc. Bioerodible endoprostheses and methods of making the same
ATE516827T1 (en) 2006-09-15 2011-08-15 Boston Scient Scimed BIOLOGICALLY ERODABLE ENDOPROSTHESIS WITH BIOSTABLE INORGANIC LAYERS
CA2663220A1 (en) 2006-09-15 2008-03-20 Boston Scientific Limited Medical devices and methods of making the same
WO2008036548A2 (en) 2006-09-18 2008-03-27 Boston Scientific Limited Endoprostheses
KR100841418B1 (en) 2006-11-29 2008-06-25 희성금속 주식회사 Fabrication of a precious metal target using a spark plasma sintering
JP5355418B2 (en) 2006-12-28 2013-11-27 ボストン サイエンティフィック リミテッド Bioerodible endoprosthesis and method for manufacturing the bioerodible endoprosthesis
CN100421787C (en) * 2007-03-23 2008-10-01 厦门大学 Platinum icosahedron nano crystal catalyst, its preparing method and use
US8052745B2 (en) 2007-09-13 2011-11-08 Boston Scientific Scimed, Inc. Endoprosthesis
US7998192B2 (en) 2008-05-09 2011-08-16 Boston Scientific Scimed, Inc. Endoprostheses
US8236046B2 (en) 2008-06-10 2012-08-07 Boston Scientific Scimed, Inc. Bioerodible endoprosthesis
US7985252B2 (en) 2008-07-30 2011-07-26 Boston Scientific Scimed, Inc. Bioerodible endoprosthesis
US8382824B2 (en) * 2008-10-03 2013-02-26 Boston Scientific Scimed, Inc. Medical implant having NANO-crystal grains with barrier layers of metal nitrides or fluorides
EP2403546A2 (en) 2009-03-02 2012-01-11 Boston Scientific Scimed, Inc. Self-buffering medical implants
JP5445750B2 (en) * 2009-07-28 2014-03-19 公立大学法人大阪府立大学 High temperature bearing formed of Ni3 (Si, Ti) intermetallic compound alloy and method for manufacturing the same
JP4766408B2 (en) 2009-09-25 2011-09-07 日本発條株式会社 Nanocrystalline titanium alloy and method for producing the same
US8668732B2 (en) 2010-03-23 2014-03-11 Boston Scientific Scimed, Inc. Surface treated bioerodible metal endoprostheses
WO2013137857A2 (en) 2012-03-12 2013-09-19 The Massachusetts Institute Of Technology Stable binary nanocrystalline alloys and methods of identifying same
CN102618774B (en) * 2012-04-17 2014-03-12 江苏大学 Manufacturing method of metal matrix nanocomposites with high toughness
JP6392250B2 (en) 2013-02-15 2018-09-19 ボストン サイエンティフィック サイムド,インコーポレイテッドBoston Scientific Scimed,Inc. Biodegradable endoprosthesis and method of processing biodegradable magnesium alloy used therein
WO2014152838A1 (en) 2013-03-14 2014-09-25 Massachusetts Institute Of Technology Sintered nanocrystalline alloys
KR102100370B1 (en) 2013-04-26 2020-04-14 삼성디스플레이 주식회사 Method for forming nano crystalline and manufacturing of organic light emitting display device including the same
CN103537688B (en) * 2013-10-11 2015-12-09 上海大学 A kind of nano-powder prepares the method for Fe-Al alloy
CA2929046A1 (en) 2013-10-29 2015-05-07 Boston Scientific Scimed, Inc. Bioerodible magnesium alloy microstructures for endoprostheses
CN103572088B (en) * 2013-11-27 2015-09-09 山东建筑大学 Titanium base porous sintered composite materials with nanometer crystal microstructure and preparation method thereof
CN103817334B (en) * 2014-02-24 2015-09-30 重庆大学 A kind of Al-Zn composite and solid alloy preparation method thereof
CN103990792B (en) * 2014-03-28 2016-05-04 燕山大学 A kind of method of preparing particle strengthening metal-base nanometer composite material
CN104372241B (en) * 2014-10-31 2016-06-15 中山市恒翔不锈钢丸有限公司 A kind of shock proof alloy material and preparation method thereof
CN104630601A (en) * 2015-01-27 2015-05-20 安徽同盛环件股份有限公司 Preparation process of high temperature resistant alloy steel
CN107427603A (en) 2015-03-11 2017-12-01 波士顿科学国际有限公司 Bioerodible magnesium alloy micro-structural for interior prosthese
CN104910652B (en) * 2015-04-27 2017-07-28 昆山德泰新材料科技有限公司 A kind of bronze movable type pigment and preparation method thereof
US11644288B2 (en) 2015-09-17 2023-05-09 Massachusetts Institute Of Technology Nanocrystalline alloy penetrators
JP6600363B2 (en) * 2015-10-30 2019-10-30 株式会社日立製作所 Method for producing dispersion strengthened austenitic stainless steel
KR101736636B1 (en) * 2015-12-23 2017-05-17 주식회사 포스코 HIHG-Mn STEEL PLATE HAVING EXCELLENT DAMPING PROPERTY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
CN106001560B (en) * 2016-05-25 2018-08-28 北京理工大学 A kind of preparation method of nanocrystalline silver bullion body
EP3619332A1 (en) * 2017-05-04 2020-03-11 Massachusetts Institute of Technology Iron-containing alloys and associated systems and methods
CN108218436B (en) * 2018-01-23 2021-05-07 中国航发北京航空材料研究院 ZrB is reduced2Method for sintering temperature of-SiC ceramic material
CN108588530B (en) * 2018-05-07 2020-03-13 西安工业大学 Low-density heat-resistant iron-based alloy and preparation method thereof
CN109778085B (en) * 2019-03-14 2020-04-17 安徽智磁新材料科技有限公司 Amorphous alloy with good toughness and preparation method thereof
CN110153667B (en) * 2019-05-06 2022-04-05 浙江超亿消防装备有限公司 Automatic snatch assembly quality that fire control valve body moulds cap
CN110578082A (en) * 2019-06-20 2019-12-17 西安工业大学 High-strength high-thermal-conductivity iron-based alloy and preparation method thereof
CN112111684B (en) * 2020-10-10 2021-11-30 广东博杰特新材料科技有限公司 3D prints ternary boride Mo2NiB2Alloy powder and production process thereof
CN113621844A (en) * 2021-08-10 2021-11-09 湖南金天铝业高科技股份有限公司 Particle reinforced titanium-based composite material and preparation method thereof

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3714239C2 (en) * 1987-04-29 1996-05-15 Krupp Ag Hoesch Krupp Process for the production of a material with a structure of nanocrystalline structure
JPH05117716A (en) * 1991-09-03 1993-05-14 Hiroshi Kimura Production of functional material
JP2843900B2 (en) * 1995-07-07 1999-01-06 工業技術院長 Method for producing oxide-particle-dispersed metal-based composite material
JPH1088289A (en) * 1996-09-12 1998-04-07 Hitachi Ltd Chromium-manganese austenitic sintered steel with high corrosion resistance and high strength, its production, and its use
JPH1143748A (en) * 1997-07-23 1999-02-16 Hitachi Ltd High strength austenitic sintered steel, its production and its use
US6746508B1 (en) * 1999-10-22 2004-06-08 Chrysalis Technologies Incorporated Nanosized intermetallic powders
JP2001207202A (en) * 1999-11-19 2001-07-31 Shigeru Mashita Method for producing metallic bulk material having high coercive force and metallic bulk material and target material produced thereby
JP3645811B2 (en) * 2000-12-28 2005-05-11 住友石炭鉱業株式会社 Rotary table type electric pressure sintering machine
JP3689009B2 (en) * 2001-02-27 2005-08-31 株式会社日立製作所 High corrosion resistance high strength austenitic stainless steel and its manufacturing method
JP4975916B2 (en) * 2001-09-21 2012-07-11 株式会社日立製作所 High toughness and high strength ferritic steel and its manufacturing method
AU2003266649A1 (en) * 2002-09-27 2004-04-19 Nano Technology Institute, Inc Nano-crystal austenitic steel bulk material having ultra-hardness and toughness and excellent corrosion resistance, and method for production thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US20060127266A1 (en) 2006-06-15
CN1685071A (en) 2005-10-19
EP1548138A4 (en) 2007-07-18
EP1548138A1 (en) 2005-06-29
UA77578C2 (en) 2006-12-15
WO2004029313A1 (en) 2004-04-08
RU2005109265A (en) 2006-02-20
AU2003266721A1 (en) 2004-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2324576C2 (en) Nanocristallic metal material with austenic structure possessing high firmness, durability and viscosity, and method of its production
US7662207B2 (en) Nano-crystal austenitic steel bulk material having ultra-hardness and toughness and excellent corrosion resistance, and method for production thereof
EP1925683B1 (en) Cobalt-base alloy with high heat resistance and high strength and process for producing the same
KR100500772B1 (en) Steel alloy, tool thereof and integrated process for manufacturing of steel alloy and tool thereof
JPH116041A (en) Wear resistant powder metallurgy cold working tool steel body having high shock toughness and its production
JP3271040B2 (en) Molybdenum alloy and method for producing the same
JP5045972B2 (en) High speed steel manufactured by powder metallurgy
TW574379B (en) Cold work steel
JP4703005B2 (en) Steel, use of the steel, product made of the steel and method for producing the steel
JPS63500950A (en) Ultra-high carbon steel containing aluminum and its processing method
WO2005092543A1 (en) Nano crystalline white cast iron powder having high hardness and nano crystalline white cast iron bulk material having high hardness, high strength and high toughness, and method for production thereof
JP2006274323A (en) Nanocrystal alloy steel powder having high hardness and excellent corrosion resistance and nanocrystal alloy steel bulk material having high strength/toughness and excellent corrosion resistance and production method thereof
JP2004143596A (en) Tenacious metallic nano-crystalline bulk material with high hardness and high strength, and its manufacturing method
JP4281857B2 (en) Sintered tool steel and manufacturing method thereof
JPS62278250A (en) Thread rolling dies made of dispersion-strengthened-type sintered alloy steel
JPH0266139A (en) High speed tool steel made of powder reduced in oxygen content
JP4277264B2 (en) Tool member with excellent high-temperature strength characteristics and method for producing the same
Danninger et al. Heat treatment and properties of precipitation hardened carbon-free PM tool steels
JP6345945B2 (en) Powdered high-speed tool steel with excellent wear resistance and method for producing the same
JP3497387B2 (en) Molds and tools made of high hardness cold tool steel
KR100316342B1 (en) high speed steel produced by powder metallurgy
JP3507879B2 (en) Cold tool steel
JP2002285289A (en) High strength ferritic stainless steel and production method therefor
JP2005281769A (en) High hardness high carbon nanocrystal iron alloy powder and bulk material and production method therefor
JP2022074553A (en) Powder high-speed steel

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101001