RU2762689C1 - Способ упрочнения аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков - Google Patents
Способ упрочнения аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков Download PDFInfo
- Publication number
- RU2762689C1 RU2762689C1 RU2021115202A RU2021115202A RU2762689C1 RU 2762689 C1 RU2762689 C1 RU 2762689C1 RU 2021115202 A RU2021115202 A RU 2021115202A RU 2021115202 A RU2021115202 A RU 2021115202A RU 2762689 C1 RU2762689 C1 RU 2762689C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cobalt
- electroerosive
- additive products
- chromium
- powders
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 26
- WAIPAZQMEIHHTJ-UHFFFAOYSA-N [Cr].[Co] Chemical compound [Cr].[Co] WAIPAZQMEIHHTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910000684 Cobalt-chrome Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 9
- 239000010952 cobalt-chrome Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 102220253765 rs141230910 Human genes 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction 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
- 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
- B22F3/02—Compacting only
- B22F3/087—Compacting only using high energy impulses, e.g. magnetic field impulses
-
- 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
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- 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
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу упрочнения аддитивных изделий из кобальтохромовых порошков. Может использоваться для изготовления изделий общего машиностроительного назначения. Аддитивные изделия, полученные путем электродиспергирования кобальтохромового сплава марки «Целлит» и спекания полученного материала на 3D-принтере при скорости построения порядка 20 см3/час и толщине слоя 50 мкм, подвергают упрочнению при энергии удара 200 Дж и частоте ударов 15 Гц. Обеспечивается повышение физико-механических и эксплуатационных свойств аддитивных деталей. 4 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к способам упрочнения аддитивных изделий из кобальтохромовых порошков, полученных в результате электроэрозионного диспергирования, и может быть использовано при изготовлении изделий общего машиностроительного назначения.
Известен способ изготовления изделия из сплава на основе кобальта по аддитивной технологии (Патент РФ № 2703670, C22C 19/07 (2006.01)). Изделие из сплава на основе кобальта представляет собой поликристаллическое тело, содержащее зерна со средним размером 20-145 мкм. Заготовку получают путем послойного нанесения порошка на подложку посредством облучения лазерным лучом локальных участков.
Известен также способ изготовления изделия из порошкового материала 94WC6Co, включающий подготовку порошковой композиции путем механического смешивания частиц наночастиц Со и микронных частиц WC с соотношением размеров фракций соответственно 1:10 и последующий синтез изделия из порошковой композиции селективным лазерным плавлением с формированием слоев толщиной 20 мкм (Патент РФ № 2669034, B22F 3/105 (2006.01)).
Недостатками этих способов являются высокотемпературные воздействия на материал заготовки, снижающие физико-механические и эксплуатационные свойства аддитивных деталей.
В основу изобретения положена задача разработки технологии, в которой к процессам аддитивной обработки добавляется процесс поверхностного упрочнения, позволяющий структурировать и упрочнить материал аддитивного изделия. За счет применения предложенного подхода планируется достичь качественного повышения физико-механических и эксплуатационных свойств аддитивных деталей.
Поставленная задача решается тем, что при способе упрочнения аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков, проводят процесс электродиспергирования кобальтохромового сплава марки «Целлит» (Co - 63%, Cr - 27%, Mo - 5%, Ni - 2%, Fe - 2% примеси- 1%), спекают полученный материал на 3D-принтере при скорости построения порядка 20 см3/час и толщине слоя 50 мкм, далее полученные аддитивные изделия подвергают упрочнению при энергии удара 200 Дж и частоте ударов 15 Гц.
Упрочненные таким способом аддитивные изделия, полученные из отходов кобальтохромового сплава в результате электродиспергирования, будут иметь повышенные физико-механические и эксплуатационные свойства.
На фиг. 1 представлена схема процесса ЭЭД, на фиг. 2 показана микроструктура спеченных изделий, на фиг. 3 - результаты испытаний твердости спеченных изделий, на фиг. 4 - результаты трибологических испытаний.
Исходный порошковый материал для аддитивных изделий получали в следующей последовательности.
На первом этапе производили сортировку отходов, их промывку, сушку, обезжиривание и взвешивание. Реактор заполняли рабочей средой - водой, керосином или бутиловым спиртом, отходы загружали в реактор. Монтировали электроды. Смонтированные электроды подключали к генератору. Устанавливали необходимые параметры процесса: частоту следования импульсов, напряжение на электродах, емкость конденсаторов.
На втором этапе - этапе электроэрозионного диспергирования включали установку. Процесс ЭЭД представлен на фигуре 1. Импульсное напряжение генератора 1 прикладывается к электродам 2 и далее к отходам 3 (в качестве электродов так же служили соответственно отходы кобальтохромового сплава) в реакторе 4. При достижении напряжения определенной величины происходит электрический пробой рабочей среды 5, находящийся в межэлектродном пространстве, с образованием канала разряда. Благодаря высокой концентрации тепловой энергии, материал в точке разряда плавится и испаряется, рабочая среда испаряется и окружает канал разряда газообразными продуктами распада (газовым пузырем 6). В результате развивающихся в канале разряда и газовом пузыре значительных динамических сил, капли расплавленного материала выбрасываются за пределы зоны разряда в рабочую среду, окружающую электроды, и застывают в ней, образуя каплеобразные частицы порошка 7. Регулятор напряжения 8 предназначен для установки необходимых значений напряжения, а встряхиватель 9 передвигает один электрод, что обеспечивает непрерывное протекание процесса ЭЭД.
На третьем этапе проводится выгрузка рабочей жидкости с порошком из реактора.
На четвертом этапе происходит выпаривание раствора, его сушка, взвешивание, фасовка, упаковка.
Спекание экспериментальных образцов электроэрозионных кобальтохромовых порошков осуществляли на 3D-принтере по металлу SLM Solutions SLM 280 2.0 при скорости построения порядка 20 см3/час и толщине слоя 50 мкм.
Упрочнение спеченных образцов осуществляли на установке для статико-импульсной обработки (патент на изобретение РФ № 2487793) при энергии удара 200 Дж и частоте ударов 15 Гц.
При этом достигается следующий технический результат: получение упрочненных спеченных аддитивных изделий из электроэрозионных материалов кобальтохромового сплава марки «Целлит». В результате упрочнения значительно увеличились твердость и износостойкость.
Пример 1.
Для получения порошков из отходов кобальтохромового сплава методом электроэрозионного диспергирования использовали установку ЭЭД (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК С22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и патентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13). В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение материала с образованием дисперсных частиц порошка.
Спекание экспериментальных образцов электроэрозионных кобальтохромовых порошков осуществляли на 3D-принтере по металлу SLM Solutions SLM 280 2.0 при скорости построения порядка 20 см3/час и толщине слоя 50 мкм.
Упрочнение спеченных образцов осуществляли на оригинальной установке для статико-импульсной обработки (патент на изобретение РФ № 2487793) при энергии удара 200 Дж и частоте ударов 15 Гц.
Упрочненное спеченное изделие исследовали различными методами.
Методом оптической микроскопии было проведено исследование микроструктуры образцов (по поперечному шлифу) (Фигура 2). Поверхность полученного спеченного образца шлифовали и полировали. Шлифование производили металлографической бумагой с крупным (№ 60-70) и мелким зерном (№ 220-240). В процессе шлифования образец периодически поворачивали на 90°. Смывали частицы абразива водой и подвергали полированию на круге суспензиями из оксидов металла (Fе3O4, Сr2O3, Аl2О3). После достижения зеркального блеска, поверхность шлифа промывали водой, спиртом и просушивали фильтровальной бумагой.
Испытания твердости образца по поверхности проводили с помощью прибора для испытания на твердость по Роквеллу 600 MRD Instron. В результате средняя твердость составила 47 HRC, что в 1,3 раза выше, чем у неупрочненного образца. Результаты испытаний твердости представлены на Фигуре 3.
Коэффициент трения и объемный износ поверхности образца и контртела измеряли на автоматизированной машине трения Tribometer, CSM Instruments, управляемой компьютером, по стандартной схеме испытания «шарик-диск». Эти испытания позволяют использовать модель Герца и соответствуют международным стандартам ASTM G99-959 DIN50324 и используются для оценки износостойкости образца и контртела. Образец устанавливали в держателе, перпендикулярно плоскости образца закрепляли стержень, на конце которого находилось контртело - шарик диаметром 6 мм из стали Stainless Steel AISI 420. С помощью регулировки датчика перемещения выбирали радиус кривизны износа, еще один датчик компенсировал силу трения и позволял установить значение коэффициента трения в определенный момент времени. Результаты трибологических испытаний представлены на Фигуре 4. На основании трибологических исследований отмечены лучшие показатели износостойкости упрочненных аддитивных изделий в сравнении с не упрочненными, а именно меньшие в 1,11 раза коэффициент трения и в 1,25 раза объемный износ образца соответственно. Данного результата позволила обеспечить более мелкозернистая и высокотвердая структура упрочненного материала.
Пример 2.
Для получения порошков из отходов кобальтохромового сплава методом электроэрозионного диспергирования использовали установку ЭЭД (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК С22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и патентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13). В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение материала с образованием дисперсных частиц порошка.
Спекание экспериментальных образцов электроэрозионных кобальтохромовых порошков осуществляли на 3D-принтере по металлу SLM Solutions SLM 280 2.0 при скорости построения порядка 40 см3/час и толщине слоя 60 мкм.
При данных режимах порошковый материал не спекся.
Пример 3.
Для получения порошков из отходов кобальтохромового сплава методом электроэрозионного диспергирования использовали установку ЭЭД (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК С22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и патентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13). В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение материала с образованием дисперсных частиц порошка.
Спекание экспериментальных образцов электроэрозионных кобальтохромовых порошков осуществляли на 3D-принтере по металлу SLM Solutions SLM 280 2.0 при скорости построения порядка 20 см3/час и толщине слоя 50 мкм.
Упрочнение спеченных образцов осуществляли на установке для статико-импульсной обработки (патент на изобретение РФ № 2487793) при энергии удара 100 Дж и частоте ударов 10 Гц.
При данных режимах энергии удара было не достаточно для упрочнения.
Claims (1)
- Способ упрочнения аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков, отличающийся тем, что аддитивные изделия, полученные путем электродиспергирования кобальтохромового сплава марки «Целлит» и спекания полученного материала на 3D-принтере при скорости построения порядка 20 см3/час и толщине слоя 50 мкм, подвергают упрочнению при энергии удара 200 Дж и частоте ударов 15 Гц.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021115202A RU2762689C1 (ru) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Способ упрочнения аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021115202A RU2762689C1 (ru) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Способ упрочнения аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2762689C1 true RU2762689C1 (ru) | 2021-12-22 |
Family
ID=80039440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021115202A RU2762689C1 (ru) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Способ упрочнения аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2762689C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2096513C1 (ru) * | 1991-04-10 | 1997-11-20 | Сандвик Актиеболаг | Способ получения спеченного изделия из твердого сплава |
| US8460485B2 (en) * | 2008-09-05 | 2013-06-11 | Tohoku University | Method of forming fine grains of Co-Cr-Mo alloy with nitrogen addition and Co-Cr-Mo alloy with nitrogen addition |
| RU2563609C1 (ru) * | 2014-09-16 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Способ получения заготовок из порошковой быстрорежущей стали |
| RU2680536C1 (ru) * | 2018-02-12 | 2019-02-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Способ получения спеченного изделия из порошка кобальтохромового сплава |
-
2021
- 2021-05-27 RU RU2021115202A patent/RU2762689C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2096513C1 (ru) * | 1991-04-10 | 1997-11-20 | Сандвик Актиеболаг | Способ получения спеченного изделия из твердого сплава |
| US8460485B2 (en) * | 2008-09-05 | 2013-06-11 | Tohoku University | Method of forming fine grains of Co-Cr-Mo alloy with nitrogen addition and Co-Cr-Mo alloy with nitrogen addition |
| RU2563609C1 (ru) * | 2014-09-16 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Способ получения заготовок из порошковой быстрорежущей стали |
| RU2680536C1 (ru) * | 2018-02-12 | 2019-02-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Способ получения спеченного изделия из порошка кобальтохромового сплава |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Georgilas et al. | The influence of pulsed laser powder bed fusion process parameters on Inconel 718 material properties | |
| Van Hooreweder et al. | Analysis of fracture toughness and crack propagation of Ti6Al4V produced by selective laser melting | |
| Hamadache et al. | Characteristics of Rb40 steel superficial layer under ball and roller burnishing | |
| Ocylok et al. | Functionally graded multi-layers by laser cladding for increased wear and corrosion protection | |
| Eliasu et al. | Effect of laser powder bed fusion parameters on the microstructural evolution and hardness of 316L stainless steel | |
| Zumofen et al. | Laser powder bed fusion of 30CrNiMo8 steel for quenching and tempering: Examination of the processability and mechanical properties | |
| Kumar et al. | Microstructure and tribological response of selective laser melted AISI 316L stainless steel: the role of severe surface deformation | |
| Awale et al. | Synergistic impact of eco-friendly nano-lubricants on the grindability of AISI H13 tool steel: A study towards clean manufacturing | |
| Hukpati et al. | Effect of printing parameters on the structure and high strain rate deformation behavior of additively manufactured 316L stainless steel | |
| Matjeke et al. | Effect of heat treatment time on the microstructure and mechanical deformation behavior of additive-manufactured AlSi10Mg components | |
| RU2762689C1 (ru) | Способ упрочнения аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков | |
| RU2680536C1 (ru) | Способ получения спеченного изделия из порошка кобальтохромового сплава | |
| Arivu et al. | Contact fatigue studies on L-PBF processed IN718 alloy tested under no slip condition | |
| Sahin et al. | Surface treatment of AISI 304 stainless steel by GOV (flow peening) process | |
| Kang et al. | Sliding wear and induced-microstructure of Ti-6Al-4V alloys: Effect of additive laser technology | |
| Ageev et al. | A Study of the structure and properties of hardened additive articles obtained from electroerosion cobalt-chromium powder | |
| Ageev et al. | Structure and properties of additive products manufactured from electroerosion powders | |
| Liu et al. | Nano-scale hardness and abrasion resistance of directed energy deposited co-cr-mo biomedical alloy | |
| Radek et al. | Microstructure and tribological properties of esd coatings after laser processing | |
| Ageev et al. | Additive Products from Electroerosion of Cobalt-Chromium Powder | |
| Parikh et al. | Investigation of porosity and microstructure-induced property variations in additive manufactured stainless steel 316L | |
| Jaiswal et al. | Experimental investigation into the evolution of microstructure and nanomechanical characterization of electric discharge deposited surface layers on Ti64 | |
| Kumar et al. | Laser Metal Deposition Repair Applications for Ti-6Al-4V Alloy | |
| Patle et al. | Investigation on the structural and wear characteristics of Mg AZ91/Fly Ash surface composites fabricated by friction stir processing | |
| Liu et al. | Fracture behaviour of the 304 stainless steel with micro-EDMed micro-holes |