RU2758655C2 - Method for diffusion welding of metals with metal ceramics - Google Patents
Method for diffusion welding of metals with metal ceramics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758655C2 RU2758655C2 RU2020113783A RU2020113783A RU2758655C2 RU 2758655 C2 RU2758655 C2 RU 2758655C2 RU 2020113783 A RU2020113783 A RU 2020113783A RU 2020113783 A RU2020113783 A RU 2020113783A RU 2758655 C2 RU2758655 C2 RU 2758655C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffusion welding
- powder
- metal
- sintering
- cermet
- Prior art date
Links
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
- 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
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K28/00—Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
- B23P15/06—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass piston rings from one piece
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии диффузионной сварки металлической детали с металлокерамикой и может быть использовано для изготовления прирабатываемого уплотнения турбин с многослойной оболочкой.The invention relates to the technology of diffusion welding of a metal part with a cermet and can be used to manufacture a run-in seal for turbines with a multilayer shell.
Известен способ изготовления спеченных изделий, включающий прессование исходного порошка, спекание и охлаждение при определенных интервалах температур (Патент №876303, МПК B22F 3/16, H01F 1/22, 30.10.1981 - аналог).A known method of manufacturing sintered products, including pressing the original powder, sintering and cooling at certain temperature intervals (Patent No. 876303, IPC B22F 3/16,
Недостатком данного способа является тот факт, что устранение коробления достигается за счет выравнивания температуры по сечению при изотермических выдержках без учета возможного коробления изделий при штамповке и механической обработке за счет снятия напряжений, возникших при их изготовлении, а также фазовых превращениях в процессе термической обработки основного материала.The disadvantage of this method is the fact that the elimination of warpage is achieved by leveling the temperature across the section during isothermal holdings without taking into account possible warpage of products during stamping and machining by relieving the stresses that have arisen during their manufacture, as well as phase transformations during the heat treatment of the base material ...
Наиболее близким аналогом является способ диффузионной сварки металлов с металлокерамикой, по которому порошок металлокерамического материала УМБ-4С запрессовывают в полость металлической детали при температуре, ниже температуры рекристаллизации до пористости 5-25% (Патент №738802, МПК В23К 19/00, 05.06.1980).The closest analogue is the method of diffusion welding of metals with cermets, according to which the powder of cermet material UMB-4C is pressed into the cavity of a metal part at a temperature below the recrystallization temperature to a porosity of 5-25% (Patent No. 738802, IPC V23K 19/00, 05.06.1980 ).
Величина пористости после запрессовки определяется исходным гранулометрическим составом порошка металлокерамического материала УМБ-4С, имеющего композицию: 92% нихрома Х20Н80 и 8% нитрида бора.The value of porosity after pressing is determined by the initial granulometric composition of the powder of the cermet material UMB-4S, which has a composition: 92% nichrome Kh20N80 and 8% boron nitride.
В соответствии с ГОСТ13084-88 порошок нихрома ПХ20Н80 изготавливается трех классов крупности: 280, 160 и 56.In accordance with GOST 13084-88, nichrome powder ПХ20Н80 is produced in three size classes: 280, 160 and 56.
Для обеспечения прочности на изгиб не менее 10 кг/мм2 предлагается применять фракцию класса крупности 56 (гранулометрический состав представлен в таблице 1).To ensure a bending strength of at least 10 kg / mm 2, it is proposed to use a fraction of size class 56 (granulometric composition is presented in Table 1).
При этом порошок этого класса крупности на 50% состоит из частиц размером от 0,16 до 0,056 мм и менее.In this case, the powder of this size class consists of 50% of particles with a size from 0.16 to 0.056 mm and less.
Прочность соединения на изгиб после диффузионной сварки по патенту №738802 составляет 19, 15 кг/мм2, а при пористости после запрессовки более 25% - менее 7 кг/мм2. При этом по техническим требованиям на изготовление прирабатываемого уплотнения турбин с многослойной оболочкой норма прочности соединения на изгиб составляет не менее 10 кг/мм2.The flexural strength of the joint after diffusion welding according to patent No. 738802 is 19, 15 kg / mm 2 , and with a porosity after pressing-in of more than 25%, it is less than 7 kg / mm 2 . At the same time, according to the technical requirements for the manufacture of a running-in seal for turbines with a multilayer shell, the bending strength of the joint is at least 10 kg / mm 2 .
Диффузионную сварку производят в обычных вакуумных печах при температуре 1170°C с выдержкой 3 часа.Diffusion welding is carried out in conventional vacuum furnaces at a temperature of 1170 ° C with a holding time of 3 hours.
При установленном температурном режиме одновременно идет диффузионная сварка с образованием диффузионного соединения и спекание металлокерамики УМБ-4С.At the set temperature regime, diffusion welding with the formation of a diffusion joint and sintering of UMB-4S cermets take place at the same time.
Под действием деформации и внутренних упругих напряжений, возникающих в двухслойной заготовке, создается давление металлокерамики на поверхность металлической детали необходимое для выполнения диффузионной сварки.Under the influence of deformation and internal elastic stresses arising in a two-layer workpiece, the cermet pressure is created on the surface of the metal part, which is necessary to perform diffusion welding.
Плотность металлокерамики при спекании определяется гранулометрическим составом порошка: процентом выхода фракции, размером частиц и технологическим режимом спекания.The density of cermets during sintering is determined by the particle size distribution of the powder: percentage of the fraction yield, particle size and the sintering process.
В процессе спекания, за счет объемной усадки, происходит повышение плотности металлокерамики в результате возникновения связей между отдельными частицами, сфероидизации пор и закрытия сквозной пористости.In the process of sintering, due to volumetric shrinkage, an increase in the density of cermets occurs as a result of the formation of bonds between individual particles, spheroidization of pores and closure of through porosity.
Этот процесс сопровождается созданием достаточно высоких внутренних напряжений, которые, при неблагоприятных условиях, приводят к разрушениям диффузионного соединения с образованием трещин и отрывов в металлокерамике.This process is accompanied by the creation of sufficiently high internal stresses, which, under unfavorable conditions, lead to the destruction of the diffusion joint with the formation of cracks and separations in the cermet.
Недостатком этого способа является то, что порошок металлокерамического материала УМБ-4С, состоящий на 92% из нихромового порошка класса крупности 56 (ГОСТ13084-88), на 50% состоит из частиц размером от 0,16 до 0,056 мм и менее без ограничения.The disadvantage of this method is that the powder of cermet material UMB-4C, consisting of 92% of nichrome powder of size class 56 (GOST 13084-88), 50% consists of particles ranging in size from 0.16 to 0.056 mm or less without limitation.
Ни в одном из указанных способов не учтен процесс усадки металлокерамического порошка в процессе спекания, вызывающий разрушение соединения металлов с металлокерамикой в процессе спекания. Известно, что процесс усадки порошковой композиции зависит от размера и формы частиц порошка, а также факторов давления прессования, температуры спекания (Я.Е. Гегузин «Физика спекания». Издательство «Наука», 1967 г., стр. 268-270).None of these methods take into account the process of shrinkage of the cermet powder in the sintering process, which causes the destruction of the connection of metals with cermet in the sintering process. It is known that the process of shrinkage of the powder composition depends on the size and shape of the powder particles, as well as the factors of pressing pressure, sintering temperature (Ya.E. Geguzin "Physics of sintering". Publishing house "Nauka", 1967, pp. 268-270).
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является увеличение прочности соединения металла с металлокерамикой на изгиб после диффузионной сварки и устранение трещин и отрывов.The technical result, which the invention is aimed at, is to increase the bending strength of the metal-cermet joint after diffusion welding and to eliminate cracks and tears.
Данный технический результат достигается с помощью способа диффузионной сварки металлической детали из сплава на никелевой основе ЭП666 с металлокерамикой, включающего запрессовку порошка металлокерамического материала в полость металлической детали в холодном состоянии до пористости 5-25%, их нагревание в вакууме и спекание, а согласно изобретению, перед диффузионной сваркой осуществляют термическую обработку металлической детали путем нагрева детали без порошка в вакуумной печи до Т=1160±5-10°C с выдержкой в течение 3 ч и вакууме не более 5×10-4 мм рт. ст., охлаждения с печью до 700°C с выдержкой 15 ч, охлаждения с печью в камере нагрева до 400±10°C и охлаждения с печью до 150°C в камере охлаждения без напуска аргона, а перед запрессовкой осуществляют предварительную фракционную сепарацию исходного порошка металлокерамического материала с уменьшением в нем объемного содержания частиц менее 0,056 мм для уменьшения его объемной усадки при спекании.This technical result is achieved using the method of diffusion welding of a metal part made of a nickel-based alloy EP666 with cermet, which includes pressing a powder of a cermet material into the cavity of a metal part in a cold state to a porosity of 5-25%, heating them in vacuum and sintering, and according to the invention, before diffusion welding, heat treatment of a metal part is carried out by heating the part without powder in a vacuum furnace to T = 1160 ± 5-10 ° C with holding for 3 h and a vacuum of no more than 5 × 10 -4 mm Hg. Art., cooling with a furnace to 700 ° C with an exposure of 15 h, cooling with a furnace in a heating chamber to 400 ± 10 ° C and cooling with a furnace to 150 ° C in a cooling chamber without an argon admission, and before pressing, preliminary fractional separation of the initial powder of cermet material with a decrease in the volumetric content of particles less than 0.056 mm to reduce its volumetric shrinkage during sintering.
Одним из условий получения прочного соединения в процессе диффузионной сварки является обеспечение равномерного зазора между металлокерамикой и основным материалом. При этом объемные изменения детали из сплава ЭП666, происходящие в результате фазовых превращений и возникающие при этом напряжения при выполнении режимов спекания, крайне нежелательны и должны быть минимизированы (Ф.Ф. Химушин «Жаропрочные стали и сплавы». Издательство «Металлургия», 1964 г., стр. 270-276).One of the conditions for obtaining a strong joint in the process of diffusion welding is to ensure a uniform gap between the cermet and the base material. At the same time, volumetric changes in a part made of EP666 alloy, which occur as a result of phase transformations and the resulting stresses during the performance of sintering modes, are extremely undesirable and should be minimized (FF Khimushin "Heat-resistant steels and alloys." ., pp. 270-276).
Для снятия напряжений, возникших при изготовлении деталей (штамповке, механической обработке и т.п.), и стабилизации фазового состава сплава марки ХН55МБЮ перед диффузионной сваркой и спеканием проводится предварительная термическая обработка детали.To relieve the stresses arising in the manufacture of parts (stamping, machining, etc.), and to stabilize the phase composition of the KhN55MBYu alloy, a preliminary heat treatment of the part is carried out before diffusion welding and sintering.
Причиной нарушения целостности диффузионного соединения по границе раздела металлокерамика-металл является то, что в процессе спекания помимо прижатия металлокерамического слоя к стенкам металлической детали вследствие термического расширения, происходит уменьшение объема металлокерамики за счет усадки порошка при спекании (фото 1, 2).The reason for the violation of the integrity of the diffusion joint at the cermet-metal interface is that during sintering, in addition to pressing the cermet layer against the walls of the metal part due to thermal expansion, the volume of cermet decreases due to shrinkage of the powder during sintering (
На фото 1 изображено разрушение диффузионного соединения УМБ-4С - ЭП666, а на фото 2 - диффузионное соединение УМБ-4С - ЭП666 без разрушения.
С целью исключения усадки металлокерамического порошка в процессе спекания, вызывающего разрушения соединения металла с металлокерамикой, осуществляют фракционную сепарацию порошка.In order to exclude the shrinkage of the cermet powder in the sintering process, which causes the destruction of the metal-cermet compound, fractional separation of the powder is carried out.
Для повышения качества и стабилизации состава порошка ПХ20Н80-56-24 проводится фракционная сепарация с ограничением процента частиц менее 0,056 мм. Предлагаемый способ изготовления предусматривает предварительную фракционную сепарацию (просев) порошковой шихты с получением гранулометрического материала ПХ20Н80-56-24 следующего состава.To improve the quality and stabilize the composition of the PKh20N80-56-24 powder, fractional separation is carried out with a limitation of the percentage of particles less than 0.056 mm. The proposed manufacturing method provides for preliminary fractional separation (screening) of the powder charge to obtain a granulometric material ПХ20Н80-56-24 of the following composition.
Гранулометрический состав приведен в таблице 2.The particle size distribution is shown in table 2.
ПримерExample
Наружное уплотнительное кольцо, имеющее внутреннюю полость, заполненную металлокерамическим порошком УМБ-4С изготавливают из сплава ЭП666.An outer sealing ring with an inner cavity filled with UMB-4C cermet powder is made of EP666 alloy.
Предварительную термическую обработку уплотнительного кольца, без порошка УМБ-4С в полости, выполняют в 4 захода следующим образом.Preliminary heat treatment of the sealing ring, without UMB-4S powder in the cavity, is performed in 4 passes as follows.
1 заход - нагрев детали без порошка в вакуумной печи по режиму: 1 run - heating the part without powder in a vacuum oven according to the mode:
T = 1160 ± 5 10°C, прогрев по контрольной выдержке - 3 часа.T = 1160 ± 5 10 ° C, warming up according to the control exposure - 3 hours.
Вакуум - не более 5×10-4 мм рт.ст., охладить с печью до 700°C, выдержка 15 часов.Vacuum - no more than 5 × 10 -4 mm Hg, cool with an oven to 700 ° C, hold for 15 hours.
Охладить с печью (в камере нагрева) до 400±10°C. Охладить с печью (в камере охлаждения) без напуска аргона до t≤150°C.Cool with oven (in the heating chamber) to 400 ± 10 ° C. Cool with an oven (in a cooling chamber) without puffing argon to t≤150 ° C.
2 заход - вакуумная сушка порошка.2nd entry - vacuum powder drying.
3 заход - вакуумная сушка порошка (при необходимости).3 pass - vacuum powder drying (if necessary).
4 заход - спекание.4 pass - sintering.
Нагреть до 600±10°C - выдержка 3 часа (8°/мин).Heat to 600 ± 10 ° C - hold for 3 hours (8 ° / min).
Нагреть до 800±10°C - 1 час (4°/мин). Heat to 800 ± 10 ° C - 1 hour (4 ° / min).
Нагреть до 1160+5 °C - 6 часов 501 (0,8°/мин).Heat to 1160 +5 ° C - 6 hours 50 1 (0.8 ° / min).
Далее с печью до 700°C, выдержка - 15 часов.Further with the oven up to 700 ° C, exposure - 15 hours.
Охладить с печью до 400°C и далее в камере охлаждения с напуском аргона.Cool with an oven to 400 ° C and then in a cooling chamber with an argon flood.
Таким образом, заявленное изобретение позволило увеличить прочность соединения металла с металлокерамикой на изгиб после диффузионной сварки и устранить трещины и отрывы.Thus, the claimed invention made it possible to increase the bending strength of the metal-cermet joint after diffusion welding and to eliminate cracks and tears.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020113783A RU2758655C2 (en) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Method for diffusion welding of metals with metal ceramics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020113783A RU2758655C2 (en) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Method for diffusion welding of metals with metal ceramics |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020113783A RU2020113783A (en) | 2021-10-04 |
RU2020113783A3 RU2020113783A3 (en) | 2021-10-04 |
RU2758655C2 true RU2758655C2 (en) | 2021-11-01 |
Family
ID=77999471
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020113783A RU2758655C2 (en) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Method for diffusion welding of metals with metal ceramics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2758655C2 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU738802A1 (en) * | 1978-11-30 | 1980-06-05 | Предприятие П/Я А-3556 | Method of diffusion welding of metals and cermet materials |
SU876303A1 (en) * | 1979-12-26 | 1981-10-30 | Тамбовский институт химического машиностроения | Method of making sintered articles |
RU2104093C1 (en) * | 1996-07-31 | 1998-02-10 | Злобин Михаил Николаевич | Method for foam separation and flotation |
RU2241408C1 (en) * | 2003-10-06 | 2004-12-10 | Меликян Меликсет Литвинович | Method for repairing teeth with failing crown portion and perforated root in the bifurcation area by using reinforcing net ring |
AU2009233790A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Velocys Inc. | Process for upgrading a carbonaceous material using microchannel process technology |
RU2418074C1 (en) * | 2009-10-07 | 2011-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "МИФИ-АМЕТО" | Procedure for strengthening items out of metal materials for production of nano structured surface layers |
FR3051186A1 (en) * | 2016-05-11 | 2017-11-17 | Ariamis Eng | METHOD FOR MANUFACTURING A METAL-CERAMIC POWDER SUITABLE FOR THE PRODUCTION OF A HARD CERAMIC PIECE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME |
-
2020
- 2020-04-03 RU RU2020113783A patent/RU2758655C2/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU738802A1 (en) * | 1978-11-30 | 1980-06-05 | Предприятие П/Я А-3556 | Method of diffusion welding of metals and cermet materials |
SU876303A1 (en) * | 1979-12-26 | 1981-10-30 | Тамбовский институт химического машиностроения | Method of making sintered articles |
RU2104093C1 (en) * | 1996-07-31 | 1998-02-10 | Злобин Михаил Николаевич | Method for foam separation and flotation |
RU2241408C1 (en) * | 2003-10-06 | 2004-12-10 | Меликян Меликсет Литвинович | Method for repairing teeth with failing crown portion and perforated root in the bifurcation area by using reinforcing net ring |
AU2009233790A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Velocys Inc. | Process for upgrading a carbonaceous material using microchannel process technology |
RU2418074C1 (en) * | 2009-10-07 | 2011-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "МИФИ-АМЕТО" | Procedure for strengthening items out of metal materials for production of nano structured surface layers |
FR3051186A1 (en) * | 2016-05-11 | 2017-11-17 | Ariamis Eng | METHOD FOR MANUFACTURING A METAL-CERAMIC POWDER SUITABLE FOR THE PRODUCTION OF A HARD CERAMIC PIECE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2020113783A (en) | 2021-10-04 |
RU2020113783A3 (en) | 2021-10-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4778649A (en) | Method of producing composite materials | |
US5137789A (en) | Composite ceramic and metal article | |
US4582678A (en) | Method of producing rocket combustors | |
EP1727643B1 (en) | Method of making sputtering target | |
US3887411A (en) | Making a triple density article of silicon nitride | |
US5996385A (en) | Hot explosive consolidation of refractory metal and alloys | |
CN105385869B (en) | The preparation method of high-niobium TiAl intermetallic compound and TC4 titanium alloy composite components | |
JPH03503663A (en) | Composite material manufacturing method | |
US4368074A (en) | Method of producing a high temperature metal powder component | |
RU2758655C2 (en) | Method for diffusion welding of metals with metal ceramics | |
US11219949B2 (en) | Method for promoting densification of metal body by utilizing metal expansion induced by hydrogen absorption | |
US4972898A (en) | Method of forming a piston containing a cavity | |
JPH06506187A (en) | Method of manufacturing ceramic bodies | |
JP6760812B2 (en) | Manufacturing method of piston for internal combustion engine and piston for internal combustion engine | |
KR102524107B1 (en) | Manufacturing Method of Cylindrical Target | |
RU2623942C1 (en) | Method of manufacturing disperse-hardened composite electrode material for electric alloying and electric arc surfacing | |
JPS6254841B2 (en) | ||
JPH11172351A (en) | Ti-al alloy, production of the alloy, and method for joining the alloy | |
US2946680A (en) | Powder metallurgy | |
FR2541151A1 (en) | PROCESS FOR CONSOLIDATING A METAL OR CERAMIC MASS | |
RU2767968C1 (en) | METHOD OF PRODUCING PARTS OF SMALL-SIZE GAS TURBINE ENGINE WITH THRUST OF UP TO 150 kgf BY SELECTIVE LASER FUSION | |
KR20210001128U (en) | Manufacturing Method of Cylindrical Target | |
RU2816713C1 (en) | Method for producing refractory material | |
JP2002180149A (en) | NORMAL PRESSURE COMBUSTION SYNTHESIZING METHOD OF HIGH- DENSITY TiAl INTERMETALLIC COMPOUND | |
JPH025711B2 (en) |