RU2038193C1

RU2038193C1 - Method for production of compact material

Info

Publication number: RU2038193C1
Application number: RU93029259A
Authority: RU
Inventors: Г.Г. Демченков; Г.А. Цветкова
Original assignee: Акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов"
Priority date: 1993-06-09
Filing date: 1993-06-09
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: production of compact materials. SUBSTANCE: method for production of compact material consists in filling granules into container made of material with melting point below the temperature of final gas-static compaction. Prior to final gas-static compaction, preliminary hot gas-static compaction is effected at temperature below the container melting point with holding for 4-12 h and pressure equalling pressure of final compaction. EFFECT: higher efficiency. 1 tbl

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности при изготовлении заготовок деталей любой степени сложности в различных отраслях промышленности. The invention relates to powder metallurgy, in particular in the manufacture of blanks of parts of any degree of complexity in various industries.

Известен способ компактирования металлических порошков и сплавов в герметично заваренных стальных оболочках (патент США N 3622313, кл. В 22 F 3/14, 1971). A known method of compacting metal powders and alloys in hermetically sealed steel shells (US patent N 3622313, CL 22 F 3/14, 1971).

Недостатком способа является необходимость удаления стальной оболочки после компактирования механической обработкой или химическим травлением, что приводит к удорожанию процесса или безвозвратным потерям стали. The disadvantage of this method is the need to remove the steel shell after compaction by machining or chemical etching, which leads to a rise in price of the process or irretrievable loss of steel.

Известен способ получения компактного материала в контейнере, удаляемом впоследствии оплавлением. Компактирование производят при температуре ниже температуры плавления контейнера, а затем после выгрузки из газостата производят сплавление контейнера в печи [1]
Недостатком способа является необходимость удаления контейнера методом плавления при температуре, значительно превышающей температуру горячего газостатического прессования гранул, что для некоторых сплавов (например, титановых) может привести к необратимому ухудшению механических свойств компакта и к диффузионному взаимодействию материала контейнера и компакта.A known method of obtaining a compact material in a container that is subsequently removed by reflow. Compaction is carried out at a temperature below the melting temperature of the container, and then, after unloading from the gasostat, the container is fused in the furnace [1]
The disadvantage of this method is the need to remove the container by melting at a temperature significantly higher than the temperature of hot gas-static pressing of granules, which for some alloys (for example, titanium) can lead to irreversible deterioration of the mechanical properties of the compact and to the diffusion interaction of the container material and the compact.

Предлагается способ получения компактного материала, включающий засыпку гранул в контейнер, последующую герметизацию и окончательное горячее газостатическое прессование. Засыпку гранул ведут в контейнер, выполненный из материала с температурой плавления ниже температуры окончательного газостатического прессования, перед которым проводят предварительное горячее газостатическое прессование при температуре ниже температуры плавления контейнера с выдержкой 4-12 ч и давлении, равном давлению окончательного прессования. A method for producing a compact material is proposed, including filling granules into a container, subsequent sealing, and final hot gas-static pressing. The granules are poured into a container made of a material with a melting point below the temperature of the final gas-static pressing, before which preliminary hot gas-static pressing is performed at a temperature below the melting temperature of the container with a holding time of 4-12 hours and a pressure equal to the pressure of the final pressing.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что засыпку гранул ведут в контейнер, выполненный из материала с температурой плавления ниже температуры окончательного горячего газостатического прессования гранул, перед которым проводят предварительное горячее газостатическое прессование при температуре ниже температуры плавления контейнера с выдержкой 4-12 ч и давлении, равном давлению окончательного прессования. The proposed method differs from the prototype in that the filling of the granules is carried out in a container made of a material with a melting temperature below the temperature of the final hot gas-static pressing of the granules, before which preliminary gas-static pressing is performed at a temperature below the melting temperature of the container with a holding time of 4-12 hours and pressure, equal to the pressure of the final pressing.

Предлагаемый способ позволяет снизить себестоимость изделий за счет исключения энергоемкой операции удаления контейнера после горячего газостатического прессования, а также за счет использования более дешевых и технологичных материалов для изготовления контейнера и их надежной и простой утилизации; расширить номенклатуру используемых гранульных сплавов за счет проведения предлагаемых режимов термического воздействия. The proposed method allows to reduce the cost of products by eliminating the energy-intensive operation of removing the container after hot gas-static pressing, as well as by using cheaper and more technologically advanced materials for the manufacture of the container and their reliable and easy disposal; expand the range of used granular alloys by carrying out the proposed thermal exposure modes.

Предлагаемый способ позволяет производить удаление контейнера в процессе горячего газостатического прессования и получать готовый компактный материал уже без оболочки с требуемым уровнем механических свойств и приближенной к готовому изделию конфигурацией. Исключается потеря дорогостоящих материалов контейнера и отпадает необходимость в удалении оболочки с компактов механической обработкой. The proposed method allows the container to be removed during hot gas-static pressing and to obtain a finished compact material already without a shell with the required level of mechanical properties and a configuration close to the finished product. The loss of expensive container materials is eliminated and there is no need to remove the shell from the compacts by machining.

Использование материалов контейнера с низкой температурой плавления и предлагаемые технологические режимы дают возможность значительно расширить тип используемых гранульных сплавов. The use of materials of the container with a low melting point and the proposed technological modes make it possible to significantly expand the type of granular alloys used.

При использовании материала контейнера с температурой плавления, близкой или равной температуре окончательного газостатического прессования, не произойдет сплавления металла контейнера в процессе компактирования. When using a container material with a melting point close to or equal to the temperature of the final gas-static pressing, the container metal will not fuse during the compacting process.

Проведение предварительного горячего газостатического прессования при температуре ниже температуры плавления контейнера позволяет исключить прежде- временное оплавление контейнера позволяет исключить преждевременное оплавление контейнера в процессе компак- тирования. Carrying out preliminary hot gas-static pressing at a temperature below the melting temperature of the container eliminates premature melting of the container and eliminates premature melting of the container during the compacting process.

Выдержка 4-12 ч является оптимальной для прохождения процессов диффузионного взаимодействия при образовании компакта. Уменьшение выдержки резко ухудшает свойства компактов, а увеличение выдержки, не повышая уровень свойств, приводит к удорожанию технологического процесса. An exposure of 4-12 hours is optimal for the passage of diffusion interaction processes during the formation of a compact. A decrease in exposure sharply worsens the properties of compacts, and an increase in exposure without increasing the level of properties leads to a rise in the cost of the technological process.

П р и м е р 1. Был изготовлен контейнер цилиндрической формы, представляющий собой трубу с герметично приваренными крышкой и дном. В качестве материала для контейнера использовали латунь марки Л70 с температурой плавления около 920^оС. В контейнер через патрубок, расположенный в крышке, были засыпаны гранулы титанового сплава ВТ25, имеющего температуру, газостатирования 970-980^оС. Затем производили вакуумирование и герметизацию контейнера, после чего помещали его на решетку внутри стального стакана с таким расчетом, чтобы сплавленный металл контейнера стекал на дно стакана, а компакт, не касаясь его, оставался на решетке. Всю эту сборку загружали в газостат, где производили газостатирование в два этапа: I этап температура 870^оС, давление 1500 атм, время выдержки 4 ч; II этап температура 970^оС.PRI me R 1. Was made a container of cylindrical shape, which is a pipe with a tightly welded lid and bottom. As a material used for the container L70 grade brass with a melting point of about 920 ^C. In a container through a nozzle disposed in the lid were covered with granules VT25 titanium alloy having a temperature of 970-980 ° ^C. Gas-isostatic treatment is then performed evacuating and sealing the container, then they placed it on the grate inside the steel cup in such a way that the fused metal of the container drained to the bottom of the cup, and the compact, without touching it, remained on the grate. All this assembly is loaded into gazostat wherein Gas-isostatic treatment was performed in two stages: I stage temperature of 870 ^{° C,} pressure 1500 bar, holding time 4 hours; II stage temperature is 970 ^o C.

На I этапе горячего газостатического прессования сформовалась компактная заготовка с остаточной пористостью (1-4%), но с закрытыми каналами. В процессе второго этапа прессования произошло сплавление материала контейнера на дно стального стакана, а сам компакт, лишенный оболочки, оставался на решетке внутри емкости и по завершении окончательного прессования получили плотную, беспористую заготовку с высоким уровнем механических свойств (таблица). At the first stage of hot gas-static pressing, a compact billet was formed with residual porosity (1-4%), but with closed channels. During the second stage of pressing, the container material was fused to the bottom of the steel cup, and the compact itself, devoid of a shell, remained on the grate inside the container and upon completion of the final pressing, a dense, non-porous preform with a high level of mechanical properties was obtained (table).

П р и м е р 2. Порядок проведения эксперимента такой же, как в примере 1, только компакт получали из гранул титанового сплава ВТ5, а в качестве материала контейнера был использован алюминий марки АД0 с температурой плавления 660^оС. Этапы прессования были следующие: I этап температура 610^оС, давление 1500 атм, время выдержки 12 ч; II этап температура 960^оС.EXAMPLE EXAMPLE 2. The procedure of the experiment is the same as in Example 1, except that CD was prepared from the pellets VT5 titanium alloy, and as the material of the container has been used aluminum brand AD0 mp 660 ° ^C. The pressing step temperatures were as follows: I stage, temperature 610 ^о С, pressure 1500 atm, holding time 12 h; II stage temperature is 960 ^o C.

В результате прошедших процессов, аналогичных процессам по примеру 1, образовался компактный материал с требуемым уровнем свойств (таблица). As a result of past processes similar to the processes of example 1, a compact material with the required level of properties was formed (table).

П р и м е р 3. Порядок проведения эксперимента такой же, как в примере 1, только в качестве гранульного сплава был взят никелевый сплав ЭП-741, а в качестве материала контейнера использовали медь марки М1 с температурой плавления 1083^оС. Этапы прессования были следующие: I этап температура 1033^оС, давление 1500 атм; время выдержки 8 ч; II этап температура 1200^оС.EXAMPLE EXAMPLE 3. The procedure of the experiment is the same as in Example 1, but as an alloy pellet was taken nickel alloy EP-741, and as the material of the container used copper mark M1 having a melting temperature of ^about 1083 C. The steps of pressing It was the following: I stage temperature ^of 1033 C, 1500 atm pressure; exposure time 8 hours; II stage temperature is 1200 ^o C.

Полученные заготовки имеют требуемый уровень механических свойств (таблица). The resulting blanks have the required level of mechanical properties (table).

П р и м е р 4. Порядок проведения эксперимента такой же, как в примере 1. Компакт прессовали из гранульного сплава ВТ5, а контейнер изготовили из латуни Л80 с температурой плавления 970^оС, что примерно соответствует температуре окончательного газостатического прессования. Этапы компактирования были следующие: I этап температура 890^оС, давление 1500 атм, время выдержки 3 ч; II этап температура 1020^оС.EXAMPLE EXAMPLE 4. The procedure of the experiment is the same as in Example 1. The pressed compact of alloy pellet VT5 and container fabricated of brass L80 having a melting temperature of 970 ^C, which corresponds approximately to the temperature of the final gas-static pressing. Compacting stages were as follows: I stage temperature of 890 ^{° C,} pressure 1500 bar, the holding time 3 h; Stage II temperature 1020 ^o C.

Полученный компакт имел пониженные пластические характеристики (таблица), что объясняется завышением температуры II-го этапа компактирования на 60^оС по сравнению с требуемой температурой горячего газостатического прессования, что привело к значительному росту β-зерен и огрублению структуры. Выдержка 3 ч также была недостаточной для прохождения более полного процесса диффузионного взаимодействия гранул.The resulting compact had lowered plastic characteristics (Table I), because of temperature overshooting II-th stage of compaction at ⁶⁰ ° C compared with the desired temperature of the hot gas-static pressing, resulting in a significant increase in β-grains and structure coarsening. An exposure of 3 hours was also insufficient for a more complete process of diffusion interaction of granules.

П р и м е р 5. Порядок проведения эксперимента такой же, как в примере 1. Компакт прессовали из гранул сплава ВТ25, а в качестве материала контейнера использовали алюминий с температурой плавления 660^оС. Этапы компактирования были следующие: I этап температура 630^оС, давление 1500 атм, время выдержки 14 ч; II этап температура 980^оС.EXAMPLE EXAMPLE 5. The procedure of the experiment is the same as in Example 1. The pressed compact of VT25 alloy granules, and as a container material used was aluminum with a melting point of 660 ^C. The compacting stages were as follows: I stage temperature ^of 630 C, pressure 1500 atm, holding time 14 hours; II stage temperature is 980 ^o C.

Отпрессованные компактные заготовки имели низкий уровень механических свойств, особенно по пластичности (таблица). Это связано с тем, что на I-м этапе газостатирования не удалось получить компакта с полностью закрытой пористостью даже за счет увеличения выдержки до 14 ч, в результате чего после удаления контейнера не мог образоваться плотный компакт в процессе окончательного газостатического прессования. The pressed compact blanks had a low level of mechanical properties, especially in ductility (table). This is due to the fact that at the first stage of gas stabilization, it was not possible to obtain a compact with completely closed porosity even by increasing the exposure time to 14 hours, as a result of which, after removal of the container, a dense compact could not form during the final gas-static pressing.

П р и м е р 6. В этом примере был промоделирован способ получения компактного материала по прототипу из титанового сплава ВТ25 с температурой газостатирования 980^оС. Контейнер был изготовлен из меди, температура плавления которой на 100^оС выше температуры окончательного газостатического прессования. Газостатирование проводили при 1024^оС, что на 60^оС ниже температуры плавления контейнера, а после выгрузки контейнера из газостата сплавление контейнера с него производили при 1120^оС, что на 140^оС выше температуры окончательного газостатирования. Полученная заготовка имела низкий уровень механических свойств (таблица), что объясняется огрублением структуры и образованием интерметаллидных фаз.EXAMPLE EXAMPLE 6 This example was modeled method of producing a compact material according to the prototype titanium alloy VT25 Gas-isostatic treatment at a temperature of 980 ^C. The container was made of copper, whose melting point is 100 ° C above ^the temperature of the final gas-static pressing. Gas-isostatic treatment was performed at 1024 ^C, which is 60 ° ^C below the melting temperature of the container and after the container is unloaded from the container gazostat fusion produced from it at 1120 ° ^C, which is 140 C above ^the temperature of the final Gas-isostatic treatment. The obtained billet had a low level of mechanical properties (table), which is explained by the coarsening of the structure and the formation of intermetallic phases.

Результаты приведенных примеров представлены в таблице. The results of the examples are presented in the table.

Таким образом предлагаемый способ позволяет снизить себестоимость получаемых компактных заготовок из гранул различных сплавов на 5-15% за счет исключения энергоемкой операции удаления контейнера после горячего газостатического прессования, использования более дешевых и технологичных материалов для изготовления контейнера и их надежной и простой утилизации. Кроме того расширяется номенклатура используемых гранульных сплавов за счет проведения предлагаемых режимов термического воздействия. Thus, the proposed method allows to reduce the cost of the resulting compact billets from granules of various alloys by 5-15% by eliminating the energy-intensive operation of removing the container after hot gas-static pressing, using cheaper and more technologically advanced materials for the manufacture of the container and their reliable and easy disposal. In addition, the range of used granular alloys is expanding due to the implementation of the proposed thermal exposure modes.

Claims

METHOD FOR PRODUCING COMPACT MATERIAL, including filling granules into a container, subsequent sealing and final hot gas-static pressing, characterized in that the filling of granules is carried out in a container made of material with a melting temperature below the final gas-static pressing temperature, before which preliminary hot gas-static pressing is performed at a temperature below the melting temperature of the container with a holding time of 4 to 12 hours and a pressure equal to the pressure of the final pressing.