RU2676126C1 - Способ получения прутковых заготовок из интерметаллидных сплавов для центробежного плазменного распыления - Google Patents

Способ получения прутковых заготовок из интерметаллидных сплавов для центробежного плазменного распыления Download PDF

Info

Publication number
RU2676126C1
RU2676126C1 RU2017137013A RU2017137013A RU2676126C1 RU 2676126 C1 RU2676126 C1 RU 2676126C1 RU 2017137013 A RU2017137013 A RU 2017137013A RU 2017137013 A RU2017137013 A RU 2017137013A RU 2676126 C1 RU2676126 C1 RU 2676126C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
attritor
powder
carried out
alloy
mixture
Prior art date
Application number
RU2017137013A
Other languages
English (en)
Inventor
Иван Александрович Логачев
Алла Игоревна Логачёва
Максим Сергеевич Гусаков
Анатолий Николаевич Тимофеев
Original Assignee
Акционерное общество "Композит" (АО "Композит")
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 Акционерное общество "Композит" (АО "Композит") filed Critical Акционерное общество "Композит" (АО "Композит")
Priority to RU2017137013A priority Critical patent/RU2676126C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2676126C1 publication Critical patent/RU2676126C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/058Mixtures of metal powder with non-metallic powder by reaction sintering (i.e. gasless reaction starting from a mixture of solid metal compounds)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к получению прутковых заготовок для центробежного плазменного распыления из интерметаллидного сплава. В аттритор засыпают смесь порошков для получения интерметаллидного сплава, создают защитную среду, проводят механохимический синтез в высокоэнергичном режиме со скоростью вращения вала мешалки 20-600 минпри одновременном охлаждении аттритора с обеспечением получения дисперсной микроструктуры сплава с размером зерен менее 10 мкм. После окончания механохимического синтеза аттритор переводят режим работы со скоростью вращения вала мешалки 30-40 мини пересыпают полученный порошок сплава в герметично соединенный с аттритором резервуар, из которого под действием вибрации загружают в капсульную оснастку. Капсульную оснастку с порошком помещают в вакуумную камеру и герметично заваривают с применением электронно-лучевой сварки, после этого помещают в газостат и проводят горячее изостатическое прессование, оснастку вынимают из газостата и механическим путем снимают элементы оснастки с получением прутковой заготовки. Обеспечивается повышение пластичности, кратковременная прочность и однородность химического состава. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении заготовок из интерметаллидных сплавов для последующего центробежного плазменного распыления.
Из уровня техники известен способ изготовления горячедеформированного материала (Einflub der Herstellungsbedingungen auf die Eigenschaften von dispersionsverfestigten Al-Al4C3 - Werkstoffen. J. Schalunov, M. Slesar, M. Bestersi, H. Oppenheim, G. Jangg. Metall, 1986, vol. 40, №6, p. 601-605), включающий в себя механическое легирование алюминиевого порошка со средним размером частиц dср=35 мкм с добавкой углерода М=4 мас. % в виде сажи в высокоэнергетической мельнице в течение 40 мин; горячую обработку механически легированной шихты в течение 1 ч при t=590°С в воздушной атмосфере; формование заготовки давлением рxn=680 МПа; ее выдавливание при температурах нагрева матрицы 400°С и заготовки 590°С. Данный способ характеризуется высокой степенью окисления легированного порошка в процессе горячей обработки.
Также из уровня техники известен способ (RU 2541242 С1, опубл. 10.02.2015 121) механического легирования шихты на основе алюминия углеродом, который включает в себя перемешивание состава в высокоэнергетической мельнице в течение 0,5 ч при содержании углерода в шихте Мгр=2,8 мас. %, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением, причем шихту на основе алюминия получают механохимической активацией алюминиевого порошка ПА-4 совместно с порошком кремния при его содержании Мкр=18 мас. % в течение τМХА=1 ч в насыщенном водном растворе ортоборной кислоты, горячую обработку давлением проводят с приведенной работой уплотнения w=17-70 МДж/м3. В более конкретном варианте исполнения технология изготовления горячедеформированного материала включает в себя механохимическую активацию алюминиевого порошка ПА-4 совместно с порошком кремния при его содержании Мкр=18 мас. % в течение τМХА=1 ч, при содержании насыщенного водного раствора ортоборной кислоты в шихте Снр=20 мас. % для приготовления активированной шихты, обработку активированной шихты с добавкой углерода Мгр=2,8 мас. % в шаровой планетарной мельнице САНД-1 (диаметр шаров dш=10 мм, соотношение масс шаров и шихты S=10:1) при частоте вращения Vвр=290 мин-1 в течение τ=0,5 ч, последующее формование заготовки (d=12,7 мм) давлением рхп=313 МПа, нагрев в воздушной атмосфере при tн=650°С и τн=2 мин, горячую обработку давлением с приведенной работой уплотнения w=17 МДж/м3. При этом полученный горячедеформированный материал имел плотность ρгш=2,65 г/см3, предел прочности на срез τср=164 МПа и твердость HV 212.
Недостатком вышеуказанного способа 121 является высокое содержание кремния, приводящим к снижению пластичности материала.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению, по мнению заявителя, является (RU 2353689 С2, опубл. 20.05.2008, /3/) способ приготовления расплава, содержащего алюминий, кремний, никель, бериллий, и его распыления с получением порошка сплава. Затем осуществляют механическое легирование порошка дисперсными углеродом и кремнием с доведением содержания кремния в материале до 35-46 мас. % в азотно-кислородной смеси с содержанием кислорода 2-8 об. %. Полученный материал имеет однородную дисперсную структуру, что обеспечивает высокую стабильность прецизионных характеристик упругости. В примере исполнения способ получения порошкового материала включает плавление алюминия А7, введение бериллия в количестве 0,002% от массы А7 в виде лигатуры Аl - 2% Be, легирование расплава на содержание в расплаве Si 15,3% и Ni 4,67% (из расчета 3% Ni в композиционном материале), распыление расплава, рассев полученного порошка с выделением фракции <80 мкм, механическое легирование порошка фракции <80 мкм в аттриторе, в смеси N2 - 5% О2, дисперсными углеродом на содержание 1% и кремнием фракции ≤2 мкм - 32,36% (до 42,5% в порошковой композиции), рассев полученной композиции с выделением фракции <160 мкм; дегазация, компактирование полученной композиции и опрессовка заготовок.
Недостатком вышеуказанного способа /3/ является низкая однородность материала.
Задачей заявляемого способа является получение шаровидных гранул интерметаллидных сплавов. Необходимость идеальной шаровидности обусловлена требованиями современных технологий 3D-печати. Такие гранулы можно получать процессом центробежного плазменного распыления. Проблемой является получения исходных прутковых заготовок из интерметаллидных сплавов для процесса центробежного плазменного распыления. Классические методы (литейные) не всегда обеспечивают необходимый уровень свойств пластичности и прочности.
Технический результат заключается в повышении пластичности и кратковременной прочности и обеспечении однородности химического состава.
Технический результат достигается следующим образом.
Способ получения прутковых заготовок для центробежного распыления характеризуется тем, что в аттритор засыпают смесь порошков, создают защитную среду, проводят механохимический синтез целевых фаз в высокоэнергетическом режиме работы аттритора с параметрами, выбранными в соответствии с характеристиками смеси порошков, при одновременном охлаждении аттритора, после окончания механохимического синтеза аттритор переводят в более медленный режим работы, синтезированную порошковую смесь целевого фазового состава пересыпают в герметично соединенный с аттритором резервуар, из которого под действием вибрации эту смесь загружают в капсульную оснастку, затем капсульную оснастку со смесью порошков помещают в вакуумную камеру и герметично заваривают с применением электроннолучевой сварки, после чего герметично заваренную капсульную оснастку с содержащийся в ней смесью порошков помещают в газостат и проводят горячее изостатическое прессование, затем капсульную оснастку вынимают из газостата и механическим путем снимают элементы капсульной оснастки, оставляя готовый электрод.
В возможном варианте исполнения изобретения используют смесь порошков с размером частиц менее 40 мкм.
В возможном варианте исполнения изобретения защитную среду создают путем подачи инертного газа.
В возможном варианте исполнения изобретения в качестве инертного газа защитной среды может быть использован газ аргон.
В возможном варианте исполнения изобретения защитную среду обеспечивают путем непрерывной подачи инертного газа.
В возможном варианте исполнения изобретения процесс механохимического синтеза целевых фаз в высокоэнергетическом режиме работы аттритора проводят в течении 8-40 часов.
В возможном варианте исполнения изобретения охлаждение аттритора проводят посредством водяной рубашки.
В возможном варианте исполнения изобретения один из параметров режима работы аттритора характеризует вращение вала его мешалки.
В возможном варианте исполнения изобретения скорость вращение вала мешалки аттритора в рабочем режиме составляет 200-600 мин-1.
В возможном варианте исполнения изобретения скорость аттритора в более медленном режиме работы составляет 30-40 мин-1
Применение процесса механохимического синтеза интерметаллидных сплавов обусловлено, тем что в результате формируется дисперсная микроструктура сплава с размером зерен менее 10 мкм, в результате чего в значительной степени повышается пластичность и кратковременная прочность заготовки.
Данный метод является альтернативным классическому литью, при котором получаемые заготовки имеют крупнозернистую структуру и неравномерный химический состав, а также литейные дефекты. Данные негативные факторы не позволяют эффективно проводить процесс центробежного плазменного распыления и получать качественные гранулы.
Процесс механохимического синтеза в аттриторе проводят в защитной среде аргона для снижения вероятности загрязнения порошковой смеси кислородом и другими составляющими воздуха в случае контакта с атмосферой.
В качестве размольной среды используют твердосплавные шары из сплава WC-Co для снижения уровня загрязнения порошковой смеси продуктами износа шаров. При этом используют шары различного диаметра, что позволяет повысить эффективность синтеза более чем на 30%.
Время синтеза обусловлено достижением полного формирования целевых фаз и в значительной степени зависит от состава исходной загружаемой смеси.
Скорость вращения вала мешалки также определяет кинетику синтеза (чем больше скорость, тем быстрее синтез), поэтому используется наибольшее значение, определяемое конструкцией аттритора.
Исходный гранулометрический состав порошковой смеси также влияет на эффективность синтеза, которая в случае использования частиц большего размера снижается вследствие затрат времени и энергии на первоначальное измельчение.
Материал исполнения капсульной оснастки выбирают исходя из анализа возможных реакций порошковой смеси с элементами капсул при высоких температурах, используемых при ГИП, т.е. материал капсулы должен быть инертен по отношению к компонентам порошковой смеси получаемой в аттриторе.
Параметры ГИП в значительной степени зависят от химического и фазового состава компактируемой смеси порошков.
Засыпка порошка в капсульную оснастку под действием вибрации обусловлена необходимостью обеспечения как можно более плотной засыпки порошка. Свободная засыпка порошка может приводить к искажению заданной формы компактной заготовки. Вибрация способствует наибольшей плотности засыпки, которая должна составлять не менее 60% от теоретической плотности компактной заготовки.
Заявляемый способ в примере исполнения можно описать следующим образом.
В аттритор Union Process SD-1 засыпают 5 кг исходной смеси, имеющей следующий состав (табл. 1, %): Ni - 45,5; Аl - 45,5; Со - 4,0; Сr - 4,0; Hf - 1,0.
При этом масса шаров аттритора для этого состава составляет 32 кг, а соотношение между шарами - 10 мм/5 мм=50 мас. % / 50 мас. %. В качестве материала шаров используют WC+6 мас. % Со.
Затем создают защитную среду путем непрерывной подачи инертного газа аргона в полость корпуса аттритора и на участок контакта вала мешалки с крышкой аттритора.
После этого начинают проводить процесс перемешивания со скоростью вращения вала мешалки атритера 600 мин-1 в течении 18 часов.
По окончанию помола аттритор подвергают разгрузке путем открывания шиберной задвижки на разгрузочном патрубке внизу корпуса аттритора. Порошок под действием медленного вращения вала мешалки (30-40 мин-1) ссыпается в резервуар, в который также непрерывно подается защитный газ аргон. После завершения разгрузки шибер закрывают и отстыковывают специальный резервуар, порошок в котором находится под защитой атмосферы аргона.
Затем порошок из резервуара под действием вибрации загружают в специальную капсульную оснастку из нержавеющей стали, состоящую из нескольких элементов: полой трубы, удлинителя и крышки. После засыпки капсулу помещают в вакуумную камеру, в которой газ аргон откачивают, и откаченную капсулу заваривают электронным лучом. После заварки герметичную капсулу направляется на процесс ГИП, где подвергают всестороннему сжатию при температуре 1250-1300°С в течение времени выдержки 3 часа.
После процесса ГИП элементы стальной капсулы снимают токарной обработкой, и в результате получают пруток заданного химического и фазового состава, имеющий повышенную пластичность и кратковременную прочность и однородный химический состав.
Figure 00000001

Claims (7)

1. Способ получения прутковых заготовок для центробежного плазменного распыления из интерметаллидного сплава, отличающийся тем, что в аттритор засыпают смесь порошков для получения интерметаллидного сплава, создают защитную среду, проводят механохимический синтез в высокоэнергичном режиме со скоростью вращения вала мешалки 20-600 мин-1 при одновременном охлаждении аттритора с обеспечением получения дисперсной микроструктуры сплава с размером зерен менее 10 мкм, после окончания механохимического синтеза аттритор переводят режим работы со скоростью вращения вала мешалки 30-40 мин-1 и пересыпают полученный порошок сплава в герметично соединенный с аттритором резервуар, из которого под действием вибрации загружают в капсульную оснастку, затем капсульную оснастку с порошком помещают в вакуумную камеру и герметично заваривают с применением электронно-лучевой сварки, после этого герметично заваренную капсульную оснастку с порошком помещают в газостат и проводят горячее изостатическое прессование, затем капсульную оснастку вынимают из газостата и механическим путем снимают элементы капсульной оснастка с получением прутковой заготовки.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют смесь порошков с размером частиц менее 40 мкм.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что защитную среду создают путем подачи инертного газа.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве инертного газа защитной среды используют аргон.
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что осуществляют непрерывную подачу инертного газа.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что механохимический синтез в высокоэнергичном режиме проводят в течение 8-40 часов.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение аттритора проводят посредством водяной рубашки.
RU2017137013A 2017-10-20 2017-10-20 Способ получения прутковых заготовок из интерметаллидных сплавов для центробежного плазменного распыления RU2676126C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137013A RU2676126C1 (ru) 2017-10-20 2017-10-20 Способ получения прутковых заготовок из интерметаллидных сплавов для центробежного плазменного распыления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137013A RU2676126C1 (ru) 2017-10-20 2017-10-20 Способ получения прутковых заготовок из интерметаллидных сплавов для центробежного плазменного распыления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2676126C1 true RU2676126C1 (ru) 2018-12-26

Family

ID=64753617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017137013A RU2676126C1 (ru) 2017-10-20 2017-10-20 Способ получения прутковых заготовок из интерметаллидных сплавов для центробежного плазменного распыления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2676126C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1787687A1 (en) * 1991-03-29 1993-01-15 Proizv Ob Kompozit N Method of manufacturing compact billets from titanium alloy pipelines
CN101391301A (zh) * 2008-11-10 2009-03-25 北京中科三环高技术股份有限公司 一种磁体成型过程中的装粉装置和方法
RU2353689C2 (ru) * 2006-11-15 2009-04-27 Открытое акционерное общество "Композит" Порошковый композиционный материал и способ его получения
RU2536021C1 (ru) * 2013-08-21 2014-12-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") Установка для заполнения и герметизации капсул с металлическим порошком

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1787687A1 (en) * 1991-03-29 1993-01-15 Proizv Ob Kompozit N Method of manufacturing compact billets from titanium alloy pipelines
RU2353689C2 (ru) * 2006-11-15 2009-04-27 Открытое акционерное общество "Композит" Порошковый композиционный материал и способ его получения
CN101391301A (zh) * 2008-11-10 2009-03-25 北京中科三环高技术股份有限公司 一种磁体成型过程中的装粉装置和方法
RU2536021C1 (ru) * 2013-08-21 2014-12-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") Установка для заполнения и герметизации капсул с металлическим порошком

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190309402A1 (en) Aluminum alloy products having fine eutectic-type structures, and methods for making the same
JP5524257B2 (ja) 金属物品を融解せずに製造する方法
Sharma et al. Microstructural evolution and mechanical properties of non-Cantor AlCuSiZnFe lightweight high entropy alloy processed by advanced powder metallurgy
CN105537603A (zh) 一种超细高纯度Ti2AlNb合金粉末的制备方法
US10029309B2 (en) Production process for TiAl components
EP2325343B1 (en) Forging deformation of L12 aluminum alloys
CN105665729A (zh) 一种高致密Ti2AlNb粉末合金近净成形工艺
CN111118379B (zh) 一种Co粘结的TiZrNbMoTa难熔高熵合金及其制备方法
Patel et al. Effect of ultrasonic stirring on changes in microstructure and mechanical properties of cast insitu Al 5083 alloy composites containing 5wt.% and 10wt.% TiC particles
CN106555091B (zh) 一种az31变形镁合金及其制备方法
JPH08109406A (ja) スポンジチタン粉の処理方法
RU2676126C1 (ru) Способ получения прутковых заготовок из интерметаллидных сплавов для центробежного плазменного распыления
US20230160038A1 (en) Metal matrix composites and methods of making and use thereof
CN117210727A (zh) 一种含有原位自生亚微米TiC(N)颗粒的铝合金粉末及其应用
JP3071118B2 (ja) 微細な添加元素が添加されたNiAl金属間化合物を製造する方法
CN102021473A (zh) 一种Fe3Al-Al2O3复合材料的制备方法
RU2644834C1 (ru) Способ получения металлокерамической порошковой композиции
CN106011574A (zh) 一种无铪高抗氧化性的Nb-Si基合金及其制备方法
CN108044122B (zh) 一种Nb-Si基合金空心涡轮叶片的制备方法
CN109554567B (zh) 一种Ti-Fe合金基复合材料及其制备方法
Yusof et al. The effect of compaction pressure for on properties of binary and ternary magnesium alloys
RU2776112C1 (ru) Способ получения порошка высокоэнтропийного сплава с эффектом памяти формы
CN110904373B (zh) 一种石墨烯增强镁基复合材料的深过冷制备方法
GULSOY et al. Ni-90 superalloy foam processed by space-holder technique: microstructural and mechanical characterization
RU2762442C1 (ru) Способ модифицирования жаропрочных никельхромовых сплавов