RU2034928C1 - Способ получения спеченного композиционного материала на основе диборида титана - Google Patents
Способ получения спеченного композиционного материала на основе диборида титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2034928C1 RU2034928C1 RU93003628A RU93003628A RU2034928C1 RU 2034928 C1 RU2034928 C1 RU 2034928C1 RU 93003628 A RU93003628 A RU 93003628A RU 93003628 A RU93003628 A RU 93003628A RU 2034928 C1 RU2034928 C1 RU 2034928C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sintering
- titanium diboride
- composite material
- tib
- sintered composite
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Использование: в качестве исходного материала для получения методами порошковой металлургии конструкционных и инструментальных изделий. Цель: снижение температуры и времени высокотемпературной обработки (спекания), увеличение характеристик пластичности и износостойкости, прессуемости перед спеканием. Сущность изобретения: при получении спеченного композиционного материала осуществляют его механическую активацию в планетарной мельнице с последующей термообработкой при температуре 1200 - 1300°С в течение 30 - 60 мин. Положительный эффект: снижение температуры на 70 - 100°С, достижение характеристики σизг , равной 1250 - 1350 МПа, и твердости по реквеллу 87 - 90. 1 табл.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения спеченных сплавов.
Диборид титана благодаря электропроводности, теплопроводности, твердости, высокой температуре плавления, стойкости к действию расплавленных металлов, смачиваемости и эрозионной стойкости, рассматривается в качестве перспективного материала при изготовлении электродов, режущего инструмента, некоторых износостойких деталей, в качестве армирующего компонента.
Однако при спекании для получения высокой плотности TiB2 возникают большие трудности. Из-за склонности TiB2 к окислению спекание осуществляют в вакууме или инертной атмосфере. Без добавок порошок можно спекать только при температуре 2000оС, при этом средний размер зерен достигает 40 мкм.
Существуют два способа получения мелкозернистой и высокоплотной керамики TiB2: использование субмикронного порошка и использование добавок, которые либо препятствуют росту зерен, либо увеличивают усадку.
Основным методом получения твердых сплавов на основе TiB2 является спекание смеси порошков TiB2 с металлами (Fe, Ni и др.).
Известен способ горячего прессования TiB2 с добавками 1,5 мас. Ni. Порошок подвергают горячему прессованию при 30 МПа. Смесь с 1,5 мас. Ni готовят путем смешивания в этиловом спирте в течение 6 ч. Введение добавок никеля в порошок приводит к увеличению скорости усадки при температуре на 300оС ниже, чем для чистого TiB2. При этом конечная плотность чистого TiB2 высокая, а микроструктура тонкая и с правильной формой зерен. Однако σизг. и твердость по Роквеллу низки, а температура спекания высока.
Известен способ получения композиционного сплава TiB2-Fe спеканием в атмосфере аргона при избыточном давлении. Спекание проводят в диапазоне температур 1700-2000оС. При этом исходные порошки подвергают размолу в шаровой мельнице в течение 96 ч. Такой длительный размол приводит к увеличению содержания в исходной смеси железа, либо карбида вольфрама в зависимости от типа используемых шаров и барабанов (стальные или ВК).
Недостатками данного способа являются высокая температура спекания, использование давления при спекании, необходимость длительного размола TiB2, до субмикронных величин, что обусловливает большую энерго- и трудоемкость процесса.
Известен также способ уплотнения порошков TiB2 при горячем прессовании в присутствии жидких никеля или железа. Спеченный сплав обладает высокой твердостью, инертностью по отношению к расплавленному металлу и широко применяется для изготовления инструмента и коррозионно-стойких изделий. Горячее прессование проводят в вакууме при давлении прессования 12 МПа и температуре 1425оС. Исходную шихту получают смешиванием порошков TiB2 и Ni в течение 24 ч. Мелкодисперсный порошок TiB2 размером 5-15 мкм получают карботермическим способом.
Недостатками данного способа являются необходимость специального получения мелкодисперсного порошка, сложность технологии и образование крупного карбида титана из-за наличия углерода в исходной шихте.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ спекания композиционных частиц на основе диборида титана, полученных методом СВС. Порошок измельчали до среднего размера частиц ≈ 80 мкм, формовали в жесткой пресс-форме и спекали в вакуумной печи. Уплотнение композиционного порошка TiB2-Fe происходит только в режиме жидкофазного спекания при температуре 1370оС в течение 60-120 мин. Спеченный композит имеет следующие характеристики: σизг. 1200 МПа, HRA 90. Температура спекания и время спекания достаточно высоки.
Задачей данного изобретения является снижение температуры и времени высокотемпературной обработки (спекания) композиционного материала на основе диборида титана, увеличение характеристик пластичности и износостойкости, прессуемости перед спеканием.
Задача решается тем, что композиционный материал на основе диборида титана подвергают термообработке (спеканию) при температуре 1200-1300оС в течение 30-60 мин, а перед термообработкой осуществляют механическую активацию в планетарной мельнице в течение 30-60 мин при отношении твердое:шары, равном 1:(150-200).
Способ осуществляют следующим образом.
Механическую активацию композиционного материала на основе диборида титана измельчением проводят в планетарной мельнице дискретного действия (АИР-0,015М) в стальных барабанах емкостью 300 см3. В качестве мелющих тел используют стальные шарики диаметром 4 мм. Продолжительность активации изменяют от 30 до 60 мин, средой служит воздух, аргон, добавки изопропилового спирта (ИПС).
В результате активации измельчением происходит изменение состояния исходного порошка, а именно увеличение поверхностной и внутренней энергии вещества за счет прироста поверхности и дефектности диборида титана.
При отношении твердого к шарам менее 1:150 прочностные характеристики спеченного после активации материала ниже, чем у прототипа, так как незначителен прирост поверхностной энергии из-за малой кинетической энергии шаров.
Увеличение отношения твердого к шарам более 1:200 приводит к отрицательному эффекту вследствие агрегации высокоактивных частиц диборида титана.
Уменьшение времени измельчения менее 30 мин неэффективно, так как незначительно количество аморфной фазы и дефектности структуры и, как следствие, изменение внутренней и поверхностной энергии вещества, что снижает, в конечном итоге, прочностные свойства.
Увеличение продолжительности активации измельчением более 60 мин нецелесообразно, так как приводит к агломерации композиционных частиц и ухудшению прочностных характеристик спеченного материала.
Активированный композиционный порошок со средним размером частиц ≈ 80 мкм формуют в жесткой пресс-форме односторонним сжатием при удельном давлении ≈ 40 кГ/мм2. Активированный порошок обладает улучшенной формуемостью и прессуемостью без предварительного введения перед спеканием пластификатора (обычно 4%-ного каучука в бензине). Термическую обработку (спекание) проводят в вакуумной печи СВШ-1-2,5/25-И1. Критерием пластичности служит σизг., а износостойкости твердость целевого материала.
Интервал температур термообработки выбран из соображений, что при температуре ниже 1200оС образцы получаются пористыми с низкими прочностными характеристиками. При температуре выше 1300оС происходит миграция жидкой фазы, что приводит к ухудшению прочностных характеристик. При термообработке в течение менее 30 мин образцы получаются пористыми с низкими характеристиками пластичности и износостойкости, а увеличение времени термообработки нецелесообразно, так как не приводит к улучшению требуемых характеристик.
Длительная выдержка при высокой температуре приводит к росту размеров частиц диборида титана, в результате чего уменьшается σизг. При реализации способа получают материал, хорошо прессуемый перед спеканием без добавления пластификатора, с σизг., равной 1250-1350 МПа и твердостью по Роквеллу целевого материала, равной 87-90. Процесс спекания проводят при температуре на 70-100оС ниже, чем в прототипе, что снижает энергозатраты.
П р и м е р. Полученный самораспространяющимся высокотемпературным синтезом композиционный материал на основе диборида титана (TiB2-Fe) в виде порошка в количестве 20 г загружают в планетарную мельницу дискретного действия (АИР-0,015М) в стальных барабанах емкостью 300 см3. Шаровая загрузка 200 г. Продолжительность активации 60 мин в воздушной среде. Активированный порошок формуют в жесткой пресс-форме. Спрессованный образец подвергают термической обработке в вакууме при температуре 1300оС в течение 40 мин.
Спеченный материал имеет следующие характеристики: HRA 90, σизг. 1350 МПа.
Другие примеры выполнения способа представлены в таблице.
Получаемый по предлагаемому способу материал с высокими показателями пластичности и износостойкости можно рекомендовать как исходный для получения методами порошковой металлургии конструкционных и инструментальных изделий.
Claims (1)
- СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ДИБОРИДА ТИТАНА, включающий термическую обработку, отличающийся тем, что перед термической обработкой осуществляют механическую активацию материала в планетарной мельнице в течение 30 60 мин при отношении твердое:шары 1:(150-200), а процесс термической обработки проводят при 1200 1300oС в течение 30 60 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93003628A RU2034928C1 (ru) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | Способ получения спеченного композиционного материала на основе диборида титана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93003628A RU2034928C1 (ru) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | Способ получения спеченного композиционного материала на основе диборида титана |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2034928C1 true RU2034928C1 (ru) | 1995-05-10 |
RU93003628A RU93003628A (ru) | 1996-03-27 |
Family
ID=20136130
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93003628A RU2034928C1 (ru) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | Способ получения спеченного композиционного материала на основе диборида титана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2034928C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107460331A (zh) * | 2016-06-02 | 2017-12-12 | 昆明冶金高等专科学校 | 一种钛渣改性的方法 |
RU2733775C1 (ru) * | 2020-04-30 | 2020-10-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Способ получения композиционного материала Ti-15Mo/TiB с улучшенными пластическими характеристиками |
RU2737185C1 (ru) * | 2020-02-20 | 2020-11-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук | Способ изготовления композиционных материалов на основе Ti-B-Fe, модифицированных наноразмерными частицами AIN |
CN113385675A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-14 | 自贡硬质合金有限责任公司 | 一种硬质合金或金属陶瓷的制备方法 |
-
1993
- 1993-01-22 RU RU93003628A patent/RU2034928C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Расколенко Л.Г., Лепакова О.К., Максимов Ю.М., Спекание композиционных частиц на основе диборида титана, полученных методом СВС в сб. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. Сборник статей. Под ред. Ю.М.Максимова - Томск, Издательство Томск.у-та, 1991, с. 110-116. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107460331A (zh) * | 2016-06-02 | 2017-12-12 | 昆明冶金高等专科学校 | 一种钛渣改性的方法 |
RU2737185C1 (ru) * | 2020-02-20 | 2020-11-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук | Способ изготовления композиционных материалов на основе Ti-B-Fe, модифицированных наноразмерными частицами AIN |
RU2733775C1 (ru) * | 2020-04-30 | 2020-10-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") | Способ получения композиционного материала Ti-15Mo/TiB с улучшенными пластическими характеристиками |
CN113385675A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-09-14 | 自贡硬质合金有限责任公司 | 一种硬质合金或金属陶瓷的制备方法 |
CN113385675B (zh) * | 2021-05-31 | 2023-09-01 | 自贡硬质合金有限责任公司 | 一种硬质合金或金属陶瓷的制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3846126A (en) | Powder metallurgy production of high performance alloys | |
JP2843900B2 (ja) | 酸化物粒子分散型金属系複合材料の製造方法 | |
CN110257684B (zh) | 一种FeCrCoMnNi高熵合金基复合材料的制备工艺 | |
KR102350989B1 (ko) | 소결 구성요소를 생성하는 방법 및 소결 구성요소 | |
US5139720A (en) | Method of producing sintered ceramic material | |
CN108838404B (zh) | 钛合金低成本近净成形方法 | |
US5128080A (en) | Method of forming diamond impregnated carbide via the in-situ conversion of dispersed graphite | |
US4486544A (en) | Titanium boride based sintering composition and the use thereof in the manufacture of sintered articles | |
RU2034928C1 (ru) | Способ получения спеченного композиционного материала на основе диборида титана | |
Jha et al. | Preparation and properties of 6061 aluminium alloy/graphite composites by PM route | |
Lee et al. | Processing of net‐shaped nanocrystalline Fe‐Ni material | |
Igharo et al. | Consolidation of rapidly solidified Ti–Ni intermetallics | |
Moon et al. | Consolidation of nanocrystalline Al–5 at.% Ti alloy powders by ultra high-pressure hot pressing | |
Ozer et al. | Influence of spark plasma sintering and conventional sintering on microstructure and mechanical properties of hypereutectic Al-Si alloy and hypereutectic Al-Si/B 4 C composites. | |
Kent et al. | Formation of aluminium nitride during sintering of powder injection moulded aluminium | |
Rawers et al. | Hot-press consolidation and tensile strength characterization of mechanically alloyed nanostructured Fe-Al and Fe-C powder. | |
Zhang et al. | Effect of the green state on the sintering of Ti (C, N)-based cermets | |
RU2228238C1 (ru) | Способ получения композита на основе боридов, карбидов металлов iv-vi и viii групп | |
JP2004169064A (ja) | 銅−タングステン合金およびその製造方法 | |
RU2746657C1 (ru) | Способ получения высокоплотных пресс-заготовок с диспергированными зёрнами в порошковой металлургии металлокерамических, минералокерамических и тугоплавких сплавов | |
Zhang et al. | Sintering of Ti (C, N)-based cermets: the role of compaction | |
CN109867285B (zh) | 一种超细(Ti,W)C固溶体粉末的制备方法 | |
Soloviova et al. | Spark Plasma Sintering of Cu-(LaB 6-TiB 2) Metal-Ceramic Composite and Its Physical-Mechanical Properties | |
RU2048569C1 (ru) | Способ получения спеченного твердого сплава | |
Zhao et al. | Effect of degassing of SiC reinforced 6061 aluminium alloy composites on properties |