RU2680489C1 - Способ изготовления многослойной износостойкой пластины - Google Patents
Способ изготовления многослойной износостойкой пластины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680489C1 RU2680489C1 RU2017139013A RU2017139013A RU2680489C1 RU 2680489 C1 RU2680489 C1 RU 2680489C1 RU 2017139013 A RU2017139013 A RU 2017139013A RU 2017139013 A RU2017139013 A RU 2017139013A RU 2680489 C1 RU2680489 C1 RU 2680489C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reaction mixture
- temperature
- heating
- preform
- workpiece
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims abstract description 59
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 41
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 10
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 15
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 15
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004566 building material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 borides Chemical class 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 235000014366 other mixer Nutrition 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- DECCZIUVGMLHKQ-UHFFFAOYSA-N rhenium tungsten Chemical compound [W].[Re] DECCZIUVGMLHKQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
- B22F7/02—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
- B22F7/04—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers with one or more layers not made from powder, e.g. made from solid metal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/23—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces involving a self-propagating high-temperature synthesis or reaction sintering step
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения многослойных изделий, и может быть применено в добывающих отраслях промышленности, металлургии, промышленности строительных материалов. Многослойную износостойкую пластину изготавливают путем смешения реакционной смеси, полученной смешиванием термореагирующих компонентов в виде порошков переходных металлов в смеси с углерод-, или азот-, или бор-, или кремнийсодержащими соединениями и металломатричных компонентов. Реакционную смесь помещают в металлическую оболочку, формуют заготовку до деформирования ее краев с получением заготовки в виде пластины. Заготовку нагревают до температуры не менее температуры начала самовоспламенения реакционной смеси для прохождения реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Нагрев производят со скоростью не более 60°C/мин. Заготовку деформируют до получения многослойной износостойкой пластины. Способ позволяет повысить прочность многослойного изделия. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способам получения многослойных изделий и может быть применено в добывающих отраслях промышленности, металлургии, промышленности строительных материалов.
Известен способ изготовления многослойного изделия, включающий получение реакционной смеси путем смешивания карбидообразующего металла и углерода, размещение полученной смеси на металлической основе, формовку заготовки путем соединения полученной смеси с металлической основой, и нагрев заготовки до температуры начала самовоспламенения реакционной смеси с прохождением в структуре полученной смеси самораспространяющегося высокотемпературного синтеза [RU 2093309, дата публикации: 20.10.1997 г., МПК: B22F 7/00].
Известен способ изготовления многослойного изделия, включающий получение реакционной смеси путем смешивания карбида бора, алюминиевой пудры и гранулированного порошка алюминия, размещение реакционной смеси в металлической оболочке, формовку заготовки, нагрев заготовки до температуры 590-610°С и деформирование заготовки путем прокатки [RU 2528926, дата публикации: 20.09.2014 г., МПК: B22F 3/18].
В качестве прототипа выбран способ изготовления многослойного изделия, включающий смешивание реакционной смеси, полученной путем смешивания термореагирующих компонентов в виде порошков металлов переходных групп и металломатричных компонентов, размещение полученной реакционной смеси на подложке, формовку подложки, нагрев заготовки до температуры не менее температуры начала самовоспламенения реакционной смеси и прохождения реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза [RU 1785144, дата публикации: 27.029.1995 г., МПК: B22F 7/04 В22С 1/04].
Недостатком прототипа является низкая прочность многослойного изделия из-за высокой скорости нагрева заготовки (около 250°С/мин) происходящего из-за размещения заготовки в печи, разогретой до температуры выше температуры самовоспламенения реакционной смеси. Высокая скорость нагрева является причиной крайне неоднородного нагрева объема реакционной смеси и приводит к тому, что самовоспламенение реакционной смеси происходит с внешней периферийной, наиболее нагретой части заготовки, где температура реакционной смеси максимальна, при этом она существенно отличается от температуры срединной части объема реакционной смеси в заготовке, где температура реакционной смеси минимальна. Вследствие этого значительная часть энергии, выделяющейся при прохождении реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, тратится на нагрев срединной части объема реакционной смеси до температуры воспламенения и, в связи с этим, исключается возможность достижения максимальной температуры горения реакционной смеси. Поэтому процесс остывания заготовки (после прохождения фронта горения) происходит быстрее, что приводит к тому, что на этапе деформирования заготовки фиксируется пористая структура синтезируемого материала и наблюдается недостаточная консолидация его компонентов. Это в значительной степени снижает прочностные и эксплуатационные характеристики многослойного изделия.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является повышение эксплуатационных характеристик многослойного изделия.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение прочности многослойного изделия.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Способ изготовления многослойной износостойкой пластины включает смешивание реакционной смеси, полученной путем смешивания термореагирующих компонентов в виде порошков переходных металлов в смеси с углерод -, или азот -, или бор - или кремнийсодержащими соединениями и металломатричных компонентов, размещение полученной реакционной смеси в металлической оболочке, формовку заготовки до деформирования ее краев с получением заготовки в виде пластины, нагрев заготовки до температуры не менее температуры начала самовоспламенения реакционной смеси и прохождения реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и деформирование заготовки до получения многослойной износостойкой пластины. В отличие от прототипа нагрев заготовки производят со скоростью не более 60°С/мин.
Нагрев заготовки до температуры не менее температуры начала самовоспламенения реакционной смеси обеспечивает возможность осуществления процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, в результате которого в реакционной смеси начинается химическая реакция синтеза армирующих компонентов (карбидов, боридов, нитридов и пр.) и переход матричных компонентов порошковой смеси в жидкофазное состояние. При этом происходит заполнение пустот, пор и иных дефектных элементов структуры, характерных для порошковых процессов. Благодаря этому синтезируемый материал консолидируется, приобретая монолитность и высокую прочность. Нагрев заготовки может быть произведен любыми известными способами и средствами. Например, в печах для термообработки металлов, плавильных печах, а также контактным или индукционным электронагревом и др.
Нагрев заготовки производят со скоростью не более 60°С/мин, что обеспечивает возможность осуществления равномерного нагрева всего объема реакционной смеси. В случае если нагрев заготовки будет произведен со скоростью более 60°С/мин, возможно увеличение риска начала процесса самовоспламенения реакционной смеси, при недостаточном прогреве всей заготовки, в частности, срединной ее части и невозможности достижения максимальной температуры реакционной смеси после прохождения реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.
Нагрев заготовки может быть произведен до температуры не менее температуры плавления одного из компонентов реакционной смеси. При этом температура инициализации самораспространяющегося высокотемпературного синтеза должна быть более низкой, чем температура плавления такого компонента. Благодаря этому в результате осуществления самораспространяющегося высокотемпературного синтеза повышается сплошность заполнения внутренней полости заготовки продуктами взаимодействия реакционной смеси, находящимися в жидкоподвижном состоянии, снижается пористость и повышается прочность многослойного изделия.
Нагрев заготовки может быть произведен в несколько ступеней, что обеспечивает ее плавный и равномерный нагрев. Каждая ступень нагрева может быть охарактеризована долей от максимальной температуры нагрева и временем выдержки заготовки при этой температуре. Например, нагрев заготовки может быть проведен в две ступени. Первая ступень нагрева может быть охарактеризована достижением 70% от максимальной температуры нагрева и выдержкой заготовки при этой температуре в течении 50% от времени нагрева, а вторая ступень может быть охарактеризована достижением 100% максимальной температуры нагрева.
Нагрев заготовки может быть произведен в вакууме или в среде инертных газов, например, аргона, что снижает риск окисления продуктов реакции и повышает прочность многослойного изделия. Нагрев заготовки может быть произведен с воздействием механического давления на заготовку. Благодаря этим способам обеспечивается возможность повышения эффективности отведения реакционных газовиз внутренней полости заготовки, снижения пористостисинтезируемого материала и повышения прочности многослойного изделия.
Реакционная смесь представляет собой смесь термореагирующих и металломатричных компонентов. Термореагирующие компоненты могут быть представлены порошками переходных металлов (титана, вольфрама, тантала, молибдена, гафния и др.) в смеси с углерод -, азот-, бор- и кремнийсодержащими соединениями. Металломатричные компоненты могут быть представлены порошками металлов, сталей, сплавов и различных лигатур. Смешивание реакционной смеси обеспечивает возможность получения однородной гетерогенной массы и может быть произведено в любой последовательности с использованием промышленных шаровых, вихревых, лопастных или любых других смесителей.
Металлическая оболочка представляет собой форму для размещения реакционной смеси. Металлическая оболочка имеет полую конструкцию, может иметь любую форму и размер и может быть изготовлена из углеродистой, легированной сталей и др. Металлическая оболочка может быть выполнена, например, в форме закрытого с одной стороны полого цилиндра, полой призмы или полого многогранника.
Размещение реакционной смеси в металлической оболочке может быть произведено с предварительным компактированием до достижения плотности порошковой смеси в 1,1 - 3,0 раза превышающую ее насыпную плотность. Компактирование реакционной смеси может быть осуществлено путем применения оснастки подходящей формы или другими подходящими для этого средствами.
Формовка заготовки представляет собой механическое деформирование металлической оболочки, заполненной реакционной смесью, перед осуществлением нагрева и обеспечивает возможность предотвращения высыпания реакционной смеси из объема, охваченного металлической оболочкой. Также формовказаготовки обеспечивает возможность придания металлической оболочке необходимой формы и размера. Формовка заготовки может быть произведена при помощи гидравлического или механического прессов, кузнечного оборудования, а также вручную при помощи слесарного инструмента.
Деформирование заготовки осуществляется после нагрева заготовки до температуры начала самовоспламенения реакционной смеси и осуществления самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и обеспечивает возможность повышения сплошности заполнения синтезируемым материалом внутренней полости металлической оболочки и увеличения прочности многослойного изделия. Деформирование заготовки обеспечивает возможность придания заготовке необходимой формы. Также в процессе деформирования заготовки обеспечивается возможность создания или присоединения к заготовке средств монтажа, которые могут быть представлены резьбовыми соединениями, проушинами, креплениями типа «ласточкин хвост» и др.Деформирование заготовки может быть осуществлено любыми способами обработки металла давлением, например, прессованием, штамповкой или прокаткой.
Изобретение обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что нагрев заготовки производят со скоростью не более 60°С/мин, благодаря чему обеспечивается необходимый режим нагрева компонентов реакционной смеси, позволяя при этом обеспечить плавное и максимально близкое подведениетемпературы всего объема реакционной смеси до температуры инициализации самовоспламенения. Благодаря этому, после прохождения реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, происходит достижение максимально возможной температуры заготовки, более медленное ее остывание, улучшаются условия формирования структуры синтезируемого материала, что способствует развитию и сохранению межкомпонентных адгезионных связей, что позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении прочности многослойного изделия и, как следствие, повышении его эксплуатационных характеристик.
Наличие новых отличительных существенных признаков свидетельствует о соответствии изобретения критерию патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Из уровня техники известны способы получения многослойных изделий, включающие нагрев заготовки до температуры самовоспламенения реакционной смеси. При этом нагрев заготовки производят путем ее размещения в печи предварительно разогретой до температуры выше температуры самовоспламенения реакционной смеси, что по проведенным расчетам позволяет сделать вывод о том, что скорость нагрева заготовки по известным способам может превышать 250°С/мин. Однако, нагрев заготовки со скоростью не более 60°С/мин из уровня техники не известен. Опытным путем было доказано, что нагрев заготовки при таких скоростях позволяет снизить пористость и повысить сплошность структуры синтезируемого материала во всем объеме, в том числе в местах его контакта с внутренней поверхностью оболочки. Это поясняется тем, что при нагреве заготовки со скоростью не более 60°С/мин обеспечивается достижение минимального градиента температур между различными частями реакционной смеси и, в частности, между температурой срединной и периферийной частями реакционной смеси. Это способствует, как существенному повышению достигаемой в процессе реакции горения температуры реакционной смеси, так и ее более полному выгоранию в процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Иначе говоря, достигается условие, при котором значение безразмерного критерия Био (Bi) близко к единице (Bi≤1), означая, что отношение скорости поступления тепла через поверхность изделия из окружающей среды (печи) сравнима со скоростью распределения тепла внутри реакционной смеси во всем ее объеме, что приводит к равномерному распределению потенциала тепла(температуры) во всем объеме реакционной смеси независимо от ее пространственного расположения в заготовке. В результате этого, при инициализации воспламенения и прохождения реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза максимальная температура реакции в среднем на 30% превышает температуру реакции при нагреве заготовки другими известными способами. Вследствие этого остывание продуктов реакции происходит в среднем на 45% дольше, а при деформировании заготовки большая часть синтезируемого материала дольше сохраняет свою пластичность и легче поддается деформированию. Исходя из этого, можно сделать вывод о соответствии изобретения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретение может быть реализовано при помощи известных средств, материалов и технологий, что свидетельствует о соответствии изобретения критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Способ характеризуется следующими графиками.
Фиг. 1 - График изменения температуры от времени нагрева заготовок по показаниям радиальных термопар.
Фиг. 2 - График изменения температуры от времени нагрева заготовок по показаниям осевых термопар.
Способ характеризуется следующим примером реализации.
Реакционную смесь получали путем смешивания в вертикально-шнековом смесителе компонентов при следующем соотношении, мас. %: 42 железа, 30 титана, 17 никеля, 9 карбида бора и 2 углерода. Опытным путем было установлено, что температура инициализации самовоспламенения реакционной смеси для данного состава составляла 1020°С. После смешивания полученную реакционную смесь выгружали из смесителя и засыпали в стакан из низкоуглеродистой стали (сталь 20) диаметром 40 мм, толщиной стенки 3 мм и высотой 500 мм. При этом реакционную смесь компактировали цилиндрической оправкой и получали высоту слоя реакционной смеси, равную высоте 450 мм. После заполнения стакана реакционной смесью, его устанавливали под гидравлический пресс и деформировали края стакана, затем формовали заготовку до придания ей формы пластины толщиной 22 мм. В полученные таким образом заготовки устанавливали вольфрам-рениевые термопары радиального (на глубину не более 10 мм от оболочки) и осевого(в центр заготовки) расположения и использовали для последующего нагрева различными способами.
Пример 1. Нагрев заготовки в печи, нагретой до температуры 1200°С (по прототипу).
Заготовку помещали в разогретую до 1200°С печь и проводили измерение температуры. Скорость нагрева заготовки составляла около 250°С/мин. В момент инициализации самовоспламенения реакционной смеси радиальная термопара фиксировала температуру реакционной смеси, равную 650-700°С, а осевая термопара фиксировала температуру, равную 480-530°С. Максимальная температура при прохождении фронта горения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, зафиксированная радиальной термопарой, составляла 1260°С, осевой термопарой - 1530°С, время остывания заготовки до температуры 1200°С по показаниям радиальной термопары составляло 1 мин, а по показаниям осевой термопары - 2-3 мин (Фиг. 1).
Пример 2. Нагрев заготовки в печи до температуры самовоспламенения реакционной смеси со скоростью нагрева 60°С/мин (по изобретению).
Заготовку помещали в печь, проводили нагрев печи и измерение температуры заготовки. В момент инициализации самовоспламенения реакционной смеси радиальная термопара фиксировала температуру, равную 1020°С, а осевая термопара фиксировала температуру равную 970°С. При этом максимальная температура при прохождении фронта горения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, зафиксированная радиальной термопарой, составляла 1550°С, а осевой термопарой - 1850°С, время остывания заготовки до температуры 1200°С по показаниям радиальной термопары составляло 4-5 минут, а по показаниям осевой термопары -5-6 мин(Фиг. 2).
Заготовки устанавливали в гидравлический пресс и проводили деформирование прессованием для получения многослойных износостойких пластин. После деформирования прессованием производили поперечный разрез заготовок. При этом в местах контакта синтезированного материала с внутренней поверхностью металлической оболочки заготовки, нагретой по примеру 1, наблюдали повышенную пористость в структуре синтезированного материала. В местах контакта синтезированного материала и металлической оболочки заготовки, нагретой по примеру 2, пористости не наблюдали. Сравнение динамики нагрева приведены в Таблице 1.
Таким образом достигается технический результат, заключающийся в повышении прочности многослойного изделия и повышении его эксплуатационных характеристик.
Claims (7)
1. Способ изготовления многослойной износостойкой пластины, включающий смешивание реакционной смеси, полученной путем смешивания термореагирующих компонентов в виде порошков переходных металлов в смеси с углерод-, или азот-, или бор-, или кремнийсодержащими соединениями и металломатричных компонентов, размещение полученной реакционной смеси в металлической оболочке, формовку заготовки до деформирования ее краев с получением заготовки в виде пластины, нагрев заготовки до температуры не менее температуры начала самовоспламенения реакционной смеси и прохождения реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и деформирование заготовки до получения многослойной износостойкой пластины, отличающийся тем, что нагрев заготовки производят со скоростью не более 60°С/мин.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев производят в вакууме.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев производят в среде инертного газа.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев производят с воздействием механического давления.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев производят до температуры не менее температуры плавления одного из компонентов реакционной смеси.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев производят в несколько ступеней.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размещение реакционной смеси в металлической оболочке производят с предварительным компактированием до достижения плотности порошковой смеси, в 1,1-3,0 раза превышающей ее насыпную плотность.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139013A RU2680489C1 (ru) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | Способ изготовления многослойной износостойкой пластины |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139013A RU2680489C1 (ru) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | Способ изготовления многослойной износостойкой пластины |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2680489C1 true RU2680489C1 (ru) | 2019-02-21 |
Family
ID=65479444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017139013A RU2680489C1 (ru) | 2017-11-10 | 2017-11-10 | Способ изготовления многослойной износостойкой пластины |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680489C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2749734C1 (ru) * | 2020-12-02 | 2021-06-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" (ООО "Вириал") | Многослойная твердосплавная пластина и способ ее получения |
| RU2768800C1 (ru) * | 2021-08-24 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» | Способ получения алюмоматричных композиционных материалов |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1785144C (ru) * | 1990-11-14 | 1995-02-27 | Институт структурной макрокинетики | Способ получения многослойных композиционных изделий |
| RU2228238C1 (ru) * | 2003-03-24 | 2004-05-10 | Томский научный центр СО РАН | Способ получения композита на основе боридов, карбидов металлов iv-vi и viii групп |
| RU2515777C1 (ru) * | 2013-01-15 | 2014-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ Ni3Al |
-
2017
- 2017-11-10 RU RU2017139013A patent/RU2680489C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1785144C (ru) * | 1990-11-14 | 1995-02-27 | Институт структурной макрокинетики | Способ получения многослойных композиционных изделий |
| RU2228238C1 (ru) * | 2003-03-24 | 2004-05-10 | Томский научный центр СО РАН | Способ получения композита на основе боридов, карбидов металлов iv-vi и viii групп |
| RU2515777C1 (ru) * | 2013-01-15 | 2014-05-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ Ni3Al |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2749734C1 (ru) * | 2020-12-02 | 2021-06-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Вириал" (ООО "Вириал") | Многослойная твердосплавная пластина и способ ее получения |
| RU2768800C1 (ru) * | 2021-08-24 | 2022-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» | Способ получения алюмоматричных композиционных материалов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Morsi | The diversity of combustion synthesis processing: a review | |
| Poletti et al. | Production of titanium matrix composites reinforced with SiC particles | |
| US4673549A (en) | Method for preparing fully dense, near-net-shaped objects by powder metallurgy | |
| RU2077411C1 (ru) | Способ получения изделий из порошковых материалов | |
| JPH0347903A (ja) | 粉末のアルミニウム及びアルミニウム合金の高密度化 | |
| RU2680489C1 (ru) | Способ изготовления многослойной износостойкой пластины | |
| KR20070119016A (ko) | 개선된 금속 기지 복합 재료의 제조 방법 및 이러한 방법을실시하기 위한 장치 | |
| US20110129380A1 (en) | Method and device for producing a workpiece, particularly a shaping tool or a part of a shaping tool | |
| Luo et al. | Warm die compaction and sintering of titanium and titanium alloy powders | |
| US6955532B2 (en) | Method and apparatus for the manufacture of high temperature materials by combustion synthesis and semi-solid forming | |
| JPH03503663A (ja) | 複合材料の製造方法 | |
| RU2305717C2 (ru) | Мишень для получения функциональных покрытий и способ ее изготовления | |
| WO2011072961A1 (en) | Process for sintering powders assisted by pressure and electric current | |
| US3717694A (en) | Hot pressing a refractory article of complex shape in a mold of simple shape | |
| RU2733524C1 (ru) | Способ получения керамико-металлических композиционных материалов | |
| Kecskes et al. | Microstructural effects in hot-explosively-consolidated W–Ti alloys | |
| JP5176197B2 (ja) | アルミニウム液体を利用した硬質材料の作製方法及びその成形体 | |
| CN105112697A (zh) | (Ti@Al3Ti)p/Al基自生复合材料粉末触变成形方法 | |
| US8999230B1 (en) | Near net shape fabrication of high temperature components using high pressure combustion driven compaction process | |
| JPH03504029A (ja) | 粉末材料から製品を製造する方法および装置 | |
| RU2479384C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ Ti-Al-C | |
| RU2582166C1 (ru) | Способ изготовления спеченных заготовок из тяжелых сплавов на основе вольфрама | |
| RU2332279C2 (ru) | Способ изготовления сложнофигурных тонкостенных спеченных заготовок из тяжелых сплавов на основе вольфрама | |
| RU2816713C1 (ru) | Способ получения тугоплавкого материала | |
| RU2082556C1 (ru) | Способ обработки порошковых материалов |