RU2623566C1 - Method of manufacture of sintered porous products from tungsten-based pseudoalloy - Google Patents
Method of manufacture of sintered porous products from tungsten-based pseudoalloy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2623566C1 RU2623566C1 RU2016137069A RU2016137069A RU2623566C1 RU 2623566 C1 RU2623566 C1 RU 2623566C1 RU 2016137069 A RU2016137069 A RU 2016137069A RU 2016137069 A RU2016137069 A RU 2016137069A RU 2623566 C1 RU2623566 C1 RU 2623566C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tungsten
- sintering
- temperature
- blowing agent
- hours
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам изготовления пористых изделий из псевдосплавов на основе вольфрама.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to methods for the manufacture of porous products from pseudo-alloys based on tungsten.
Известен способ получения пористых вольфрамовых дисков, заключающийся в том, что в качестве порообразователя в шихту вводят от 2 до 15 вес. % фторидов лантана или иттрия (А.С. №406639; МПК B22F 1/00, B22F 3/12, опубл. в БИ №46 21.11.1973 г.).A known method of producing porous tungsten disks, which consists in the fact that from 2 to 15 weight is introduced into the charge as a blowing agent. % fluorides of lanthanum or yttrium (AS No. 406639; IPC B22F 1/00, B22F 3/12, published in BI No. 46 on 11/21/1973).
Недостаток этого способа заключается в высокой термической стойкости фторидов лантана и иттрия и, как следствие, спекание происходит при высоких температурах (более 2000°С), что не позволяет получить композиционные сплавы на основе вольфрама типа вольфрам-никель-железо с высокой пористостью 55-60%.The disadvantage of this method is the high thermal stability of lanthanum and yttrium fluorides and, as a consequence, sintering occurs at high temperatures (more than 2000 ° C), which does not allow to obtain composite alloys based on tungsten-type tungsten-nickel-iron with a high porosity of 55-60 %
Также известен способ получения высокопористых вольфрам-медных материалов, полученных жидкофазным спеканием (В.В. Скороход, С.М. Солонин, Л.И. Чернышев. Высокопористые вольфрам - медные материалы, полученные жидкофазным спеканием. - Порошковая металлургия, 1978, №2, с. 17-21). Данный способ включает смешивание порошков вольфрама марки ВЧ с электролитической медью марки ПМЭ-1, в которые добавляют 20 вес. % никеля марки ПНК-1. Металлические порошки смешивали с порошком двууглекислого аммония с размером частиц 100 мкм, прессовка содержала 52 об. % этого порообразователя. После прессования микропористость (пористость областей с мелкими естественными порами, поры в объемах, занятых металлическим порошком) составляла 50%. Из прессовок при температуре 200°С в среде водорода отгонялся порообразователь, что обеспечивало перед спеканием относительный объем крупных пор, образованных порообразователем (макропористость), который составлял 52%. Жидкофазное спекание проводили в среде водорода при температуре 1250°С в течение 1 часа. После спекания пористость образцов состава WNi - 6,4 Cu составила 60%.Also known is a method of producing highly porous tungsten-copper materials obtained by liquid-phase sintering (V.V. Skorokhod, S.M. Solonin, L.I. Chernyshev. High-porous tungsten - copper materials obtained by liquid-phase sintering. - Powder Metallurgy, 1978, No. 2 , p. 17-21). This method involves mixing HF grade tungsten powders with PME-1 grade electrolytic copper, to which 20 weight is added. % nickel grade PNA-1. Metal powders were mixed with a powder of ammonium bicarbonate with a particle size of 100 μm, the pressing contained 52 vol. % of this blowing agent. After pressing, the microporosity (porosity of regions with small natural pores, pores in volumes occupied by metal powder) was 50%. A pore former was distilled off from the compacts at 200 ° C in a hydrogen medium, which ensured before sintering the relative volume of large pores formed by the pore former (macroporosity), which was 52%. Liquid phase sintering was carried out in a hydrogen medium at a temperature of 1250 ° C for 1 hour. After sintering, the porosity of samples of the composition W Ni - 6.4 Cu was 60%.
К недостаткам способа необходимо отнести наличие в псевдосплаве на основе вольфрама меди, которая при длительном хранении в различных климатических условиях подвержена коррозии, что отрицательно сказывается на прочности конечного пористого изделия. К тому же химический состав материала, представленного в данном способе, не позволяет получить плотность компактного состояния данного материала после интенсивной динамической нагрузки более 17,5 г/см3.The disadvantages of the method include the presence of copper in a pseudo-alloy based on tungsten, which is susceptible to corrosion during prolonged storage in various climatic conditions, which negatively affects the strength of the final porous product. In addition, the chemical composition of the material presented in this method does not allow to obtain the density of the compact state of this material after an intense dynamic load of more than 17.5 g / cm 3 .
Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления пористых изделий из псевдосплава на основе вольфрама, заключающийся в том, что в шихту, содержащую 94-98% вольфрама, остальное никель и железо в соотношении 7:3, вводят порообразователь NaBr дисперсностью менее 0,071 мм. Вольфрамовый порошок имеет средний размер частиц по Фишеру 3,9 мкм. Шихту прессуют при давлении не более 150 МПа и спекают при температуре 1300-1320°С в течение 0,5-1,0 часа в среде водорода. Полученный высокопористый коррозионностойкий сплав на основе вольфрама имеет пористость 50-60%, предел прочности при сжатии не более 170 Н/мм2 (Патент RU 2444418 С1; МПК B22F 3/12, С22С 1/08, С22С 27/04, опубликовано: 10.03.2012 Бюл. №7).The closest in technical essence is a method of manufacturing porous products from a tungsten-based pseudo-alloy, which consists in introducing a NaBr pore former with a dispersion of less than 0.071 mm into a charge containing 94-98% tungsten, the rest nickel and iron. Tungsten powder has an average Fischer particle size of 3.9 μm. The mixture is pressed at a pressure of not more than 150 MPa and sintered at a temperature of 1300-1320 ° C for 0.5-1.0 hours in a hydrogen environment. The obtained highly porous corrosion-resistant tungsten-based alloy has a porosity of 50-60%, a compressive strength of not more than 170 N / mm 2 (Patent RU 2444418 C1; IPC B22F 3/12, C22C 1/08, C22C 27/04, published: 10.03 .2012 Bull. No. 7).
К недостаткам способа необходимо отнести недостаточную прочность полученных изделий и возможность трещинообразования при изготовлении крупногабаритных изделий из-за совмещения процессов удаления порообразователя и спекания.The disadvantages of the method include the insufficient strength of the obtained products and the possibility of cracking during the manufacture of large-sized products due to the combination of the processes of removal of the blowing agent and sintering.
Задачей изобретения является повышение качества изделий, а именно увеличение прочности, ликвидация трещинообразования в спеченных крупногабаритных изделиях за счет оптимизации технологических режимов.The objective of the invention is to improve the quality of products, namely an increase in strength, the elimination of cracking in sintered large-sized products by optimizing process conditions.
Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, следующий:The technical result achieved using the invention is as follows:
- получение пористого вольфрамового псевдосплава, содержащего 95% по массе вольфрама, остальное - никель и железо в соотношении 7:3, с пористостью 55-56% (плотность 7,75-8,05 г/см3);- obtaining a porous tungsten pseudo-alloy containing 95% by weight of tungsten, the rest is nickel and iron in a ratio of 7: 3, with a porosity of 55-56% (density 7.75-8.05 g / cm 3 );
- достижение предела прочности при сжатие пористого спеченного вольфрамового псевдосплава более 600 Н/мм2;- reaching the compressive strength of the porous sintered tungsten pseudo-alloy of more than 600 N / mm 2 ;
- отсутствие трещин в псевдосплаве в процессе изготовления;- the absence of cracks in the pseudo-alloy during the manufacturing process;
- получение из псевдосплава крупногабаритных изделий;- obtaining large-sized products from a pseudo-alloy;
- возможность получать плотность псевдосплава 18,16 г/см3 после динамической нагрузки, например при скоростном разгоне и ударе о преграду, что повышает эффективность пробития преграды.- the ability to obtain a pseudo-alloy density of 18.16 g / cm 3 after dynamic loading, for example, under high-speed acceleration and impact on an obstacle, which increases the efficiency of breaking through an obstacle.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата предлагается способ изготовления спеченных пористых изделий из псевдосплава на основе вольфрама, включающий приготовление порошкообразной шихты, содержащей 95% по массе вольфрама, остальное никель и железо в соотношении 7:3, введение в шихту порообразователя, прессование шихты, удаление порообразователя из заготовки и спекание, в котором согласно изобретению используют вольфрамовый порошок со средним размером частиц по Фишеру 1,3-1,7 мкм, в качестве порообразователя используют углекислый аммоний, а спекание проводят при температуре 1170-1210°С в течение 0,5-1,0 часа в вакууме при давлении не более 0,065 Па (5×10-4 мм рт.ст.).To solve this problem and achieve a technical result, a method for manufacturing sintered porous products from a tungsten-based pseudo-alloy is proposed, which includes preparing a powder mixture containing 95% by weight of tungsten, the remaining nickel and iron in a ratio of 7: 3, introducing a blowing agent into the mixture, pressing the mixture, removal of the blowing agent from the preform and sintering, in which according to the invention using a tungsten powder with an average particle size according to Fisher 1.3-1.7 μm, as a blowing agent used ammonium carbonate, and sintering is carried out at a temperature of 1170-1210 ° C for 0.5-1.0 hours in vacuum at a pressure of not more than 0.065 Pa (5 × 10 -4 mm Hg).
При этом предпочтительно использование порообразователя - углекислого аммония (NH4)2СО3 дисперсностью менее 0,071 мм, а его удаление проводят при нагреве до 200°С со скоростью не более 1°С /мин с выдержкой при этой температуре не менее 2 часов.In this case, it is preferable to use a pore-forming agent - ammonium carbonate (NH 4 ) 2 CO 3 with a fineness of less than 0.071 mm, and its removal is carried out by heating to 200 ° C at a speed of not more than 1 ° C / min with exposure at this temperature for at least 2 hours.
Кроме того, в процессе нагрева заготовки до температуры спекания проводят выдержку при температуре 900-950°С в течение не менее 1,5 часов, а нагрев до температуры 1170-1210°С осуществляют со скоростью не более 4°С/мин.In addition, in the process of heating the preform to a sintering temperature, hold at a temperature of 900-950 ° C for at least 1.5 hours, and heating to a temperature of 1170-1210 ° C is carried out at a speed of not more than 4 ° C / min.
Предлагаемый способ обеспечивает получение изделий с равномерной мелкозернистой структурой. Данная структура получается за счет применения вольфрамового порошка со средним размером частиц по Фишеру 1,3-1,7 мкм, что меньше, чем 3,9 мкм, как по прототипу, и порообразователя - двууглекислый аммоний. Применение более крупных порошков вольфрама уменьшает степень контакта между зернами вольфрама и никелевой-железной матрицей, что снижает прочность спеченного сплава. Использование в качестве порообразователя углекислого аммония упрощает технологию создания высокопористой структуры в заготовке. Температура удаления углекислого аммония (до 200°С) значительно ниже, чем по прототипу для порообразователя NaBr (до температуры 1300°С). Работа с порообразователем NaBr ведет к загрязнению термического оборудования, в то время как порообразователь двууглекислый аммоний диссоциирует на газы и за не менее 2 часов выдержки полностью удаляется из заготовки и оборудования. Процесс удаления порообразователя из заготовки происходит при нагреве до 200°С со скоростью не более 1°С /мин с выдержкой при этой температуре не менее 2 часов. При этой скорости диссоциация порообразователя происходит достаточно медленно, чтобы избыточное давление газов внутри заготовки не разрывало связи между частицами металлических порошков и не происходило трещинообразование. Комплекс технологических параметров изготовления изделия, заключающийся в спекании при температуре 1170-1210°С, выдержке при этой температуре в течение 0,5-1,0 часа в вакууме при давлении не более 0,065 Па (5×10-4 мм рт.ст.), обеспечивает получение требуемой пористости (плотности) в интервале 55-56% (7,75-8,05 г/см3).The proposed method provides for obtaining products with a uniform fine-grained structure. This structure is obtained due to the use of tungsten powder with an average particle size according to Fisher 1.3-1.7 μm, which is less than 3.9 μm, as in the prototype, and the blowing agent is ammonium bicarbonate. The use of larger tungsten powders reduces the degree of contact between the tungsten grains and the nickel-iron matrix, which reduces the strength of the sintered alloy. The use of ammonium carbonate as a blowing agent simplifies the technology of creating a highly porous structure in the workpiece. The temperature for the removal of ammonium carbonate (up to 200 ° C) is significantly lower than in the prototype for the pore former NaBr (up to a temperature of 1300 ° C). Working with NaBr blowing agent leads to contamination of thermal equipment, while ammonium bicarbonate blowing agent dissociates into gases and is completely removed from the workpiece and equipment in at least 2 hours of exposure. The process of removing the blowing agent from the workpiece occurs when heated to 200 ° C at a speed of not more than 1 ° C / min with exposure at this temperature for at least 2 hours. At this speed, the blowing agent dissociates slowly enough so that the excess gas pressure inside the workpiece does not break the bond between the particles of metal powders and cracking does not occur. A set of technological parameters for manufacturing the product, which consists in sintering at a temperature of 1170-1210 ° C, holding at this temperature for 0.5-1.0 hours in vacuum at a pressure of not more than 0.065 Pa (5 × 10 -4 mm Hg) ), provides the required porosity (density) in the range of 55-56% (7.75-8.05 g / cm 3 ).
Вольфрамовые порошки дисперсностью 1,3-1,7 мкм по Фишеру получают восстановлением трехокиси вольфрама водородом. После изготовления на поверхности порошка остаются недовосстановившиеся пленки окислов вольфрама, также абсорбируется кислород до 0,3% (А.Н. Зеликман, Л.С. Никитина. Вольфрам. – М., «Металлургия», 1978, 270 с.). В процессе дальнейшего хранения и подготовки производства изделий на поверхности порошка адсорбируется влага из атмосферы. Шихта, содержащая такой порошок, прессуется в пористую заготовку и передается на операцию спекания.Fischer tungsten powders with a fineness of 1.3-1.7 μm are obtained by reducing tungsten trioxide with hydrogen. After manufacturing on the surface of the powder, unreduced films of tungsten oxides remain, oxygen is also absorbed up to 0.3% (A.N. Zelikman, L.S. Nikitina. Tungsten. - M., Metallurgy, 1978, 270 pp.). In the process of further storage and preparation of the production of products, moisture from the atmosphere is adsorbed on the surface of the powder. A mixture containing such a powder is pressed into a porous preform and transferred to a sintering operation.
По прототипу на начальной стадии спекания в среде водорода в интервале температур 600-900°С (А.Н. Зеликман, Л.С. Никитина. Вольфрам. – М., «Металлургия», 1978, 270 с.) происходит дополнительное восстановление пленок окислов, оставшихся на поверхности вольфрамовых частиц, удаление кислорода и влаги. По технологическому режиму при этих температурах производится временная выдержка для удлинения процесса восстановления окислов. Затем начинается активная стадия спекания пористой вольфрамовой заготовки, очищенной от окислов, кислорода и влаги. Спекание (усадка) заготовок до требуемой плотности 7,8-8,0 г/см3 (пористости 55-56%) в среде водорода идет интенсивно и заканчивается при температуре 1050°С и выдержке при этой температуре в течение 1 часа (Фигура 1, а). Температура 1050°С, практически соответствует минимальной температуре твердофазного спекания (Г.Б. Черняк, К.Б. Поварова. Вольфрам в боеприпасах. Научное издание. Под ред. И.Н. Торгуна. - М.: ФГУП «ЦНИИХМ», 2014, 360 с.), поэтому диффузионные процессы между частицами только начинают проявляться, вследствие чего прочность материала изделия минимальная.According to the prototype, at the initial stage of sintering in a hydrogen medium in the temperature range of 600-900 ° C (A.N. Zelikman, L.S. Nikitina. Tungsten. - M., Metallurgy, 1978, 270 pp.), Additional films are restored oxides remaining on the surface of tungsten particles, the removal of oxygen and moisture. According to the technological regime at these temperatures, a temporary exposure is made to lengthen the process of reduction of oxides. Then begins the active stage of sintering of the porous tungsten billet, purified from oxides, oxygen and moisture. Sintering (shrinkage) of the workpieces to the required density of 7.8-8.0 g / cm 3 (porosity 55-56%) in the hydrogen medium is intensive and ends at a temperature of 1050 ° C and holding at this temperature for 1 hour (Figure 1 , but). The temperature is 1050 ° С, practically corresponds to the minimum temperature of solid-phase sintering (G. B. Chernyak, K. B. Povarova. Tungsten in ammunition. Scientific publication. Edited by I. N. Torgun. - M .: FSUE TsNIIHM, 2014 , 360 pp.), Therefore, diffusion processes between particles are only beginning to appear, as a result of which the strength of the product material is minimal.
Прочность на сжатие материала изделия, полученных по прототипу, составила 160 Н/мм2.The compressive strength of the material of the product obtained by the prototype was 160 N / mm 2 .
По заявленному способу на начальной стадии спекания в вакууме, начиная с 300°С, кроме наличия недовосстановленных пленок окислов вольфрама происходит дополнительное окисление спрессованного порошка абсорбированным кислородом и адсорбированной влагой. Таким образом, на внутренней поверхности пористого прессованного полуфабриката увеличивается концентрация окислов вольфрама. При дальнейшем спекании окись вольфрама (оксидная керамика) препятствует диффузионным, рекристаллизационным и криповым процессам уплотнения материала. Для достижения требуемой плотности (пористости) требуется более высокая температура 1210°С (Фигура 1, б). При этой температуре также происходит спекание частиц и пленок окислов вольфрама между собой, т.е. появляется некий керамико-оксидный каркас, который придает дополнительную прочность конечной заготовке, что повышает устойчивость к трещинообразованию и позволяет изготавливать крупногабаритные изделия. Спекание проводят при температуре 1170-1210°С в течение 0,5-1,0 часа в вакууме при давлении не более 0,065 Па (5×10-4 мм рт.ст.). При спекании в вакууме при давлении более 0,065 Па (5×10-4 мм рт.ст.) происходит интенсивное окисление порошка вольфрама, снижается качество конечной продукции за счет нарушения химического состава изделия, появляется склонность к трещинообразованию.According to the claimed method, at the initial stage of sintering in vacuum, starting from 300 ° C, in addition to the presence of unreduced films of tungsten oxides, additional compression of the pressed powder by absorbed oxygen and adsorbed moisture occurs. Thus, the concentration of tungsten oxides increases on the inner surface of the porous pressed semi-finished product. With further sintering, tungsten oxide (oxide ceramic) interferes with diffusion, recrystallization, and creep processes of material compaction. To achieve the desired density (porosity), a higher temperature of 1210 ° C is required (Figure 1, b). At this temperature, particles and films of tungsten oxides also sinter with each other, i.e. a certain ceramic-oxide frame appears, which gives additional strength to the final workpiece, which increases resistance to cracking and allows the manufacture of large-sized products. Sintering is carried out at a temperature of 1170-1210 ° C for 0.5-1.0 hours in vacuum at a pressure of not more than 0.065 Pa (5 × 10 -4 mm Hg). When sintering in vacuum at a pressure of more than 0.065 Pa (5 × 10 -4 mm Hg), tungsten powder is intensively oxidized, the quality of the final product decreases due to a violation of the chemical composition of the product, and a tendency to crack formation appears.
Совокупность заявленных признаков позволяет получить пористое изделие 55-56% (плотность 7,75-8,05 г/см3) с прочностью на сжатие более 600 Н/мм2.The combination of the claimed features allows you to get a porous product 55-56% (density 7.75-8.05 g / cm 3 ) with a compressive strength of more than 600 N / mm 2 .
На фигуре 1 изображены диаграммы изменения плотности прессованной вольфрамовой шихты, содержащей W 95 (% по массе), остальное Ni и Fe в соотношении 7:3, с добавлением порообразователя (NH4)2CO3 в количестве 9,18±0,1% от массы металлических порошков, входящих в состав шихты, в зависимости от температуры спекания.The figure 1 shows a diagram of changes in the density of a pressed tungsten mixture containing W 95 (% by weight), the rest of Ni and Fe in a ratio of 7: 3, with the addition of a pore former (NH 4 ) 2 CO 3 in the amount of 9.18 ± 0.1% on the mass of metal powders that make up the mixture, depending on the sintering temperature.
1, а - контролируемая атмосфера при спекании - водород;1, a —controlled atmosphere during sintering — hydrogen;
1, б - контролируемая атмосфера при спекании - вакуум.1, b - controlled atmosphere during sintering - vacuum.
Сущностью изобретения является способ изготовления пористых изделий из вольфрамового сплава ВНЖ95 (95% вольфрама по массе, остальное никель - железо в соотношении 7:3), включающий в себя:The essence of the invention is a method for the manufacture of porous products from tungsten alloy VNZh95 (95% tungsten by weight, the rest nickel - iron in a ratio of 7: 3), including:
- подготовку порообразователя (NH4)2СО3 (обезвоживание в воздушной атмосфере при температуре 35-40°С в течение не менее 5 ч, просеивание через сито с размером ячейки не больше 0,071 мм);- preparation of a pore former (NH 4 ) 2 CO 3 (dehydration in an air atmosphere at a temperature of 35-40 ° C for at least 5 hours, sifting through a sieve with a mesh size of not more than 0.071 mm);
- приготовление шихты путем перемешивания порошков со стальными шарами вольфрама, никеля, железа и порообразователя в биконическом смесителе в течение не менее 10 часов в инертной атмосфере (азот, аргон и др.);- preparation of the mixture by mixing powders with steel balls of tungsten, nickel, iron and a blowing agent in a biconical mixer for at least 10 hours in an inert atmosphere (nitrogen, argon, etc.);
- гидростатическое прессование шихты давлением не более 150 Н/м2 в эластичной пресс-форме в инертной атмосфере;- hydrostatic pressing of the mixture with a pressure of not more than 150 N / m 2 in an elastic mold in an inert atmosphere;
- транспортировку отпрессованной заготовки с операции гидростатического прессования на технологическую операцию последующего удаления порообразователя, связанную с контактом прессовки с воздушной атмосферой в течение не более 5-10 минут;- transportation of the pressed billet from the hydrostatic pressing operation to the technological operation of the subsequent removal of the blowing agent associated with the contact of the pressing with the air atmosphere for no more than 5-10 minutes;
- удаление порообразователя в инертной среде (азот, аргон и др.) по режиму: нагрев со скоростью не более 1°С/мин до 200°С; выдержка при данной температуре не менее 2 часов:- removal of the blowing agent in an inert medium (nitrogen, argon, etc.) according to the regime: heating at a rate of not more than 1 ° C / min to 200 ° C; holding at this temperature for at least 2 hours:
- спекание заготовки в вакууме при давлении не более 0,065 Па (5×10-4 мм рт.ст.) по режиму: нагрев до температуры 950°С, выдержка при этой температуре 1,5 часа, нагрев до температуры спекания 1170-1220°С со скоростью не более 4°С/мин; выдержка при температуре спекания 0,5-1,0 часа;- sintering the preform in vacuum at a pressure of not more than 0.065 Pa (5 × 10 -4 mm Hg) according to the mode: heating to a temperature of 950 ° C, holding at this temperature for 1.5 hours, heating to a sintering temperature of 1170-1220 ° C at a rate of not more than 4 ° C / min; exposure at a sintering temperature of 0.5-1.0 hours;
- охлаждение в вакууме вместе с печью.- cooling in vacuum with the furnace.
Температура спекания заготовок и время выдержки при ней зависят от массы заготовки, дисперсности исходного порошка вольфрама и для каждой партии порошка вольфрама подбираются опытным путем.The sintering temperature of the preforms and the exposure time for it depend on the mass of the preform, the dispersion of the initial tungsten powder, and for each batch of tungsten powder are selected empirically.
Подготовка порообразователя (NH4)2CО3 по вышеуказанной технологии позволяет получить ультрамелкий обезвоженный продукт, который при дальнейшем нагреве равномерно удаляется из заготовки, оставляя после себя равномерную макропористость.The preparation of the (NH 4 ) 2 CO 3 pore former according to the above technology makes it possible to obtain an ultrafine dehydrated product, which, upon further heating, is uniformly removed from the workpiece, leaving behind uniform macroporosity.
Перемешивание металлических порошков со стальными шарами по вышеуказанной технологии обеспечивает однородность шихты. После 10 часов перемешивания со v=50 об/мин гомогенность химического состава по объему шихты стабилизируется на уровне (W - 95±0,2; Ni - 3,5±0,1; Fe - 1,5±0,1) % по массе + [(NH4)2CО3 - в количестве 9,18±0,1% от массы металлических порошков, входящих в состав шихты].Mixing metal powders with steel balls according to the above technology ensures the uniformity of the charge. After 10 hours of mixing with v = 50 rpm, the homogeneity of the chemical composition by volume of the mixture stabilizes at the level of (W - 95 ± 0.2; Ni - 3.5 ± 0.1; Fe - 1.5 ± 0.1)% by weight + [(NH 4 ) 2 CO 3 - in the amount of 9.18 ± 0.1% by weight of the metal powders that make up the mixture].
Загрузка шихты в эластичную пресс-форму производится в боксе с контролируемой инертной атмосферой (азот, аргон и др.). После разгрузки пресс-формы заготовка не должна находиться в контакте с воздушной атмосферой более 5÷10 минут, так как начинается самопроизвольный разогрев и растрескивание прессованной заготовки.The charge is loaded into an elastic mold in a box with a controlled inert atmosphere (nitrogen, argon, etc.). After unloading the mold, the workpiece should not be in contact with the air atmosphere for more than 5 ÷ 10 minutes, as spontaneous heating and cracking of the pressed workpiece begins.
В ходе гидростатического прессования усилием не более 150 Н/мм2 шихта, включая порообразователь, уплотняется по объему на 30-35%, что обеспечивает транспортабельность и технологичность прессованных заготовок. Прессование большим давлением приводит к перепрессовке заготовок (появлению трещин в заготовках). Гидростатическое прессование обеспечивает равномерное распределение плотности по объему прессованных заготовок и в результате после спекания изделие имеет минимальную разноплотность.During hydrostatic pressing with a force of not more than 150 N / mm 2, the charge, including the blowing agent, is compacted by 30-35% in volume, which ensures the transportability and manufacturability of pressed blanks. Pressing with high pressure leads to the re-pressing of the workpieces (the appearance of cracks in the workpieces). Hydrostatic pressing provides a uniform distribution of density over the volume of pressed blanks and as a result, after sintering, the product has a minimum density.
Удаление порообразователя происходит в динамической инертной среде с расходом инертного газа (азот, аргон и др.) ~ 0,3 м3/час при температуре 200°С в течение двух часов, при этом двууглекислый аммоний разлагается на аммиак, углекислый газ и пары воды по реакции:The blowing agent is removed in a dynamic inert medium with an inert gas flow rate (nitrogen, argon, etc.) of ~ 0.3 m 3 / h at a temperature of 200 ° C for two hours, while ammonium bicarbonate decomposes into ammonia, carbon dioxide and water vapor by reaction:
(NH4)2CO3→2NH3+CO2+H2O.(NH 4 ) 2 CO 3 → 2NH 3 + CO 2 + H 2 O.
В результате этого появляется необходимая открытая пористость.As a result of this, the necessary open porosity appears.
Спекание заготовок производится в вакууме при давлении не более 0,065 Па (5×10-4 мм рт.ст.) при температуре 1170-1220°С выдержке при этой температуре не более 1 час и сопровождается объемной усадкой 27-29%, что приводит к достижению необходимой пористости 55-56% (плотность 7,75-8,05 г/см3). Температура спекания заготовок и время выдержки при ней зависят от их массы, дисперсности исходного порошка вольфрама и для каждой партии порошка вольфрама подбираются опытным путем.Sintering of the preforms is carried out in vacuum at a pressure of not more than 0.065 Pa (5 × 10 -4 mm Hg) at a temperature of 1170-1220 ° C holding at this temperature for no more than 1 hour and is accompanied by volumetric shrinkage of 27-29%, which leads to achieving the required porosity of 55-56% (density 7.75-8.05 g / cm 3 ). The sintering temperature of the preforms and the exposure time for it depend on their mass, the dispersion of the initial tungsten powder, and are selected experimentally for each batch of tungsten powder.
В процессе спекания начинает формироваться микроструктура, состоящая из α-фазы на основе вольфрама в виде зерен округлой формы и γ-фазы матрицы твердого раствора (Ni, Fe,) W, располагающейся в виде прослоек между зернами α - фазы.During sintering, a microstructure begins to form, consisting of an α phase based on tungsten in the form of rounded grains and a γ phase of the matrix of a solid solution (Ni, Fe,) W, which is located in the form of interlayers between grains of the α phase.
Ниже приведен пример осуществления способа.The following is an example implementation of the method.
Цель: изготовление изделий диаметром ∅60 мм, высотой h 120 мм из композиционного сплава состава W95-Ni3,5-Fe1,5 (% по массе) с пористостью 55-56%.Purpose: the manufacture of products with a diameter of ∅60 mm, a height of h 120 mm from a composite alloy of the composition W95-Ni3.5-Fe1.5 (% by weight) with a porosity of 55-56%.
В качестве порообразователя использовался аммоний двууглекислый (NH4)2CO3, который обезвоживали на воздухе в сушильном шкафу при температуре 35-40°С в течение 5 часов и просеивали через сито с размером ячейки - 0,071 мм.Ammonium bicarbonate (NH 4 ) 2 CO 3 was used as a blowing agent, which was dehydrated in air in an oven at a temperature of 35-40 ° С for 5 hours and sieved through a sieve with a mesh size of 0.071 mm.
Шихта состава W - 95±0,1; Ni - 3,5±0,05; Fe - 1,5±0,05 (% по массе) + (NH4)2CO3 - в количестве 9,18±0,1% от массы металлических порошков, входящих в состав шихты, готовилась механическим смешиванием металлических порошковых материалов и порообразователя в биконическом смесителе со скоростью вращения барабана 50 об/мин. В шихту для улучшения перемешивания добавлялись стальные шары диаметром 6-10 мм в количестве 10% от массы металлических порошковых материалов, входящих в состав шихты. Перемешивали шихту в течение 5 часов и просеивали через сито с размером ячейки 0,2 мм в инертной среде. Затем повторно перемешивали шихту со стальными шарами еще в течение 5 часов и просеивали через сито с размером ячейки 0,2 мм в инертной среде.The mixture composition W is 95 ± 0.1; Ni - 3.5 ± 0.05; Fe - 1.5 ± 0.05 (% by weight) + (NH 4 ) 2 CO 3 - in the amount of 9.18 ± 0.1% by weight of the metal powders that make up the mixture, was prepared by mechanical mixing of metal powder materials and blowing agent in a biconical mixer with a drum rotation speed of 50 rpm To improve mixing, steel balls with a diameter of 6-10 mm in the amount of 10% by weight of the metal powder materials that make up the mixture were added to the charge. The mixture was stirred for 5 hours and sieved through a sieve with a mesh size of 0.2 mm in an inert medium. Then the mixture was re-mixed with steel balls for another 5 hours and sieved through a sieve with a mesh size of 0.2 mm in an inert medium.
Шихту загружали в эластичную пресс-форму в атмосфере аргона и герметизировали ее. Прессование осуществляли гидростатическим методом давлением 150 Н/мм2. Разгрузку пресс-формы производили в атмосфере аргона. Затем отпрессованную заготовку помещали в печь сопротивления с контролируемой азотной атмосферой в течение минимально возможного времени нахождения заготовки на воздухе. Удаление порообразователя из заготовки проводили в контролируемой азотной атмосфере по режиму: нагревали со скоростью не больше 1°С/мин до температуры 200°С, выдерживали при этой температуре в течение 2 часов и охлаждали заготовку с печью до комнатной температуры. После удаления порообразователя заготовку извлекали из печи и помещали в вакуумную печь сопротивления. Спекание заготовки проводили в вакууме при давлении не более 0,065 Па (5×10-4 мм рт.ст.) по режиму: нагрев до температуры 950°С, выдержка при этой температуре 1,5 часа, нагрев до температуры спекания 1190°С со скоростью не более 4°С/мин; выдержка при этой температуре в течение 0,5-1,0 ч и охлаждение вместе с печью. Режим спекания оптимизирован применительно к порошку вольфрама со средним размером частиц по Фишеру - 1,3 мкм. Охлаждение заготовки проводили вместе с печью.The mixture was loaded into a flexible mold in an argon atmosphere and sealed. Pressing was carried out hydrostatically by a pressure of 150 N / mm 2 . Unloading of the mold was carried out in an argon atmosphere. Then the pressed billet was placed in a resistance furnace with a controlled nitrogen atmosphere for the shortest possible time the billet was in air. The blowing agent was removed from the preform in a controlled nitrogen atmosphere according to the regime: it was heated at a speed of no more than 1 ° C / min to a temperature of 200 ° C, kept at this temperature for 2 hours, and the preform with the furnace was cooled to room temperature. After removal of the blowing agent, the preform was removed from the furnace and placed in a vacuum resistance furnace. Sintering of the preform was carried out in vacuum at a pressure of not more than 0.065 Pa (5 × 10 -4 mm Hg) according to the regime: heating to a temperature of 950 ° C, holding at this temperature for 1.5 hours, heating to a sintering temperature of 1190 ° C speed not more than 4 ° C / min; holding at this temperature for 0.5-1.0 hours and cooling with the furnace. The sintering mode is optimized for tungsten powder with an average Fischer particle size of 1.3 μm. The workpiece was cooled along with the furnace.
Спеченную цилиндрическую заготовку механически обрабатывали до правильных геометрических размеров и пористость определяли по объему и массе заготовки. Предел прочности на сжатие определяли на цилиндрических образцах (∅/h=1/2), изготовленных по прототипу и по заявленному способу. При одинаковой пористости 55% предел прочности на сжатие по заявленному способу составляет 600-760 Н/мм2, а по прототипу - 160-164 Н/мм2.The sintered cylindrical billet was machined to the correct geometric dimensions and the porosity was determined by the volume and mass of the billet. The compressive strength was determined on cylindrical samples (∅ / h = 1/2), made according to the prototype and according to the claimed method. With the same porosity of 55%, the compressive strength according to the claimed method is 600-760 N / mm 2 , and according to the prototype - 160-164 N / mm 2 .
Таким образом, получение спеченных пористых изделий из композиционного сплава W-Ni-Fe заявленным способом позволило улучшить свойства изделий и расширить область применения, например, в качестве демпфера ударной волны.Thus, obtaining sintered porous products from a composite alloy W-Ni-Fe by the claimed method has improved the properties of the products and expand the scope, for example, as a shock wave damper.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016137069A RU2623566C1 (en) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | Method of manufacture of sintered porous products from tungsten-based pseudoalloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016137069A RU2623566C1 (en) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | Method of manufacture of sintered porous products from tungsten-based pseudoalloy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2623566C1 true RU2623566C1 (en) | 2017-06-27 |
Family
ID=59241272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016137069A RU2623566C1 (en) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | Method of manufacture of sintered porous products from tungsten-based pseudoalloy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2623566C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2699337C2 (en) * | 2017-11-24 | 2019-09-04 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Method of processing porous implants based on metal materials |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2847837A1 (en) * | 2002-11-30 | 2004-06-04 | Agency Defense Dev | Sintering of a tungsten-copper composite material for high voltage electrical contact applications involves increasing temperature of composite tungsten-copper material to copper liquidus temperature, before cooling |
| RU2414329C1 (en) * | 2009-09-02 | 2011-03-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of producing sintered porous tungsten-based articles |
| RU2444418C1 (en) * | 2010-06-18 | 2012-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of producing sintered porous articles from tungsten-base pseudoalloy |
| EP2789708A1 (en) * | 2011-12-07 | 2014-10-15 | A.L.M.T. Corp. | Sintered tungsten alloy |
-
2016
- 2016-09-15 RU RU2016137069A patent/RU2623566C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2847837A1 (en) * | 2002-11-30 | 2004-06-04 | Agency Defense Dev | Sintering of a tungsten-copper composite material for high voltage electrical contact applications involves increasing temperature of composite tungsten-copper material to copper liquidus temperature, before cooling |
| RU2414329C1 (en) * | 2009-09-02 | 2011-03-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of producing sintered porous tungsten-based articles |
| RU2444418C1 (en) * | 2010-06-18 | 2012-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of producing sintered porous articles from tungsten-base pseudoalloy |
| EP2789708A1 (en) * | 2011-12-07 | 2014-10-15 | A.L.M.T. Corp. | Sintered tungsten alloy |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2699337C2 (en) * | 2017-11-24 | 2019-09-04 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Method of processing porous implants based on metal materials |
| EA037685B1 (en) * | 2017-11-24 | 2021-05-04 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Method for processing porous metal-based implants |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7108828B2 (en) | Method of making open cell material | |
| US6660224B2 (en) | Method of making open cell material | |
| US5213612A (en) | Method of forming porous bodies of molybdenum or tungsten | |
| Li et al. | The properties of tungsten processed by chemically activated sintering | |
| Azarniya et al. | Physicomechanical properties of porous materials by spark plasma sintering | |
| EP2050527A1 (en) | Method of producing open-cell inorganic foam | |
| JP4513520B2 (en) | Titanium alloy sponge sintered body with excellent compressive strength | |
| Hurysz et al. | Steel and titanium hollow sphere foams | |
| RU2444418C1 (en) | Method of producing sintered porous articles from tungsten-base pseudoalloy | |
| JP2015505909A5 (en) | ||
| JP2008542547A (en) | Titanium, titanium alloy and NiTi foam with high ductility | |
| EP0189674A2 (en) | Formation of porous bodies | |
| CN110983152B (en) | Fe-Mn-Si-Cr-Ni based shape memory alloy and preparation method thereof | |
| RU2623566C1 (en) | Method of manufacture of sintered porous products from tungsten-based pseudoalloy | |
| JP5265867B2 (en) | Method for producing a high density semi-finished product or component | |
| JP2004156092A (en) | Porous metal having excellent energy absorbability, and production method therefor | |
| RU2414329C1 (en) | Method of producing sintered porous tungsten-based articles | |
| Asavavisithchai et al. | Fabrication of open-cell silver foams using disaccharide as space holders | |
| RU2360020C2 (en) | Method of semi-finished product receiving for manufacturing of products made of foamed metal | |
| JP7363059B2 (en) | Manufacturing method of thermoelectric conversion material | |
| RU2793680C1 (en) | Method for obtaining material for absorption and desorption of hydrogen | |
| JP2005320581A (en) | Method for manufacturing porous metal body | |
| EP1417065B1 (en) | Method of making open cell material | |
| RU2447177C1 (en) | Method of producing modifying agent for nickel alloys | |
| CN114505481B (en) | Production process of foam steel |