RU2779482C2 - Composite worn component - Google Patents

Composite worn component Download PDF

Info

Publication number
RU2779482C2
RU2779482C2 RU2021129012A RU2021129012A RU2779482C2 RU 2779482 C2 RU2779482 C2 RU 2779482C2 RU 2021129012 A RU2021129012 A RU 2021129012A RU 2021129012 A RU2021129012 A RU 2021129012A RU 2779482 C2 RU2779482 C2 RU 2779482C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composite
granules
metal matrix
metal
vol
Prior art date
Application number
RU2021129012A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021129012A (en
Inventor
Стефан Дезиле
Франсуа ЛЕПУЭН
Бурхан ТАС
Original Assignee
Маготто Интернасьональ С.А.
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
Priority claimed from EP20166110.5A external-priority patent/EP3885061A1/en
Application filed by Маготто Интернасьональ С.А. filed Critical Маготто Интернасьональ С.А.
Publication of RU2021129012A publication Critical patent/RU2021129012A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2779482C2 publication Critical patent/RU2779482C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engineering elements.
SUBSTANCE: invention relates to a composite worn component with a hierarchical structure, produced by casting and exhibiting high resistance to combined wear loads/impact loads, and to a method for production thereof. Composite worn component with a hierarchical structure comprises reinforcement in the most wear-prone part. The reinforcement comprises a three-dimensionally linked network of periodically alternating millimetre metal-ceramic composite granules with millimetre gaps, wherein said metal-ceramic composite granules contain at least 52 vol.% micrometre particles of titanium carbide embedded in a first metal matrix. The three-dimensionally linked network of metal-ceramic composite granules with the millimetre gaps is therein embedded in a second metal matrix, wherein the first metal matrix differs from the second metal matrix containing a cast iron alloy.
EFFECT: best wear resistance and mechanical properties of the part are ensured, as well as safety during production.
10 cl, 12 dwg, 5 tbl, 4 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

[0001] Настоящее изобретение относится к композитному изнашиваемому компоненту с иерархической структурой, получаемому технологией литья, имеющему повышенную стойкость к комбинированным нагрузкам износа/ударным нагрузкам. Изнашиваемый компонент содержит трехмерную сеть агрегированных миллиметровых металлокерамических композитных гранул с миллиметровыми промежутками, где микрометровые частицы на основе TiC внедрены в связующее, называемое первой металлической матрицей, причем миллиметровые промежутки заполнены литым металлом, называемым в настоящем изобретении второй металлической матрицей.[0001] The present invention relates to a composite wear component with a hierarchical structure, obtained by casting technology, having improved resistance to combined wear/impact loads. The wear component comprises a three-dimensional network of aggregated mm-gauge cermet-metal composite pellets, where TiC-based micron-sized particles are embedded in the binder, referred to as the first metal matrix, the millimeter-long gaps being filled with cast metal, referred to in the present invention as the second metal matrix.

Уровень техники и решаемая задачаState of the art and problem to be solved

[0002] Настоящее изобретение относится к изнашиваемым компонентам, используемым в промышленности, связанной с размолом и дроблением, например, на цементных заводах, в карьерах и шахтах. Эти компоненты часто бывают подвержены значительным механическим нагрузкам по всему объему и значительному абразивному износу на рабочих поверхностях. Поэтому желательно, чтобы такие компоненты обладали высокой стойкостью к истиранию и некоторой пластичностью, чтобы они могли выдерживать механические нагрузки, такие как удары.[0002] The present invention relates to wear components used in grinding and crushing industries such as cement plants, quarries and mines. These components are often subject to significant mechanical stress throughout and significant abrasive wear on the working surfaces. Therefore, it is desirable that such components have high abrasion resistance and some ductility so that they can withstand mechanical loads such as impacts.

[0003] Поскольку совместить указанные два свойства в одном и том же материале довольно трудно, ранее уже предлагались композитные компоненты, имеющие сердечник из относительно пластичного сплава, в который внедрены керамические вставки с хорошей износостойкостью.[0003] Since it is rather difficult to combine these two properties in the same material, composite components having a relatively ductile alloy core embedded with ceramic inserts with good wear resistance have been previously proposed.

[0004] В документе US 4119459 (Sandvik, 1977) раскрыто композитное изнашиваемое изделие, состоящее из чугуна и раздробленных гранул спеченного цементированного карбида. Цементированный карбид в связующем металле относится к типу WC-Co с возможными добавками карбидов Ti, Ta, Nb или других металлов. Возможное объемное процентное содержание TiC в гранулах или в армированной части изделия не сообщается.[0004] US 4,119,459 (Sandvik, 1977) discloses a composite wear article consisting of cast iron and crushed granules of sintered cemented carbide. The cemented carbide in the binder metal is of the WC-Co type with possible additions of Ti, Ta, Nb or other metal carbides. The possible volume percentage of TiC in the granules or in the reinforced part of the product is not reported.

[0005] В документе US 4626464 (Krupp, 1984) раскрыт молоток для установки в молоте, содержащий основной материал металлического сплава и износостойкую зону, содержащую помимо ферросплава твердые металлические частицы, имеющие диаметр от 0,1 до 20 мм, и процентное содержание твердых металлических частиц в износостойкой зоне составляет от 25 до 95 об.%; и при этом указанные твердые частицы прочно внедрены в указанный основной материал металлического сплава. Возможная средняя объемная концентрация TiC в армированной детали в этом документе не раскрывается.[0005] US 4,626,464 (Krupp, 1984) discloses an in-hammer hammer comprising a metal alloy base material and a wear zone containing, in addition to ferroalloy, hard metal particles having a diameter of 0.1 to 20 mm and a percentage of hard metal particles in the wear-resistant zone is from 25 to 95 vol.%; and wherein said hard particles are firmly embedded in said metal alloy base material. The possible average volume concentration of TiC in the reinforced part is not disclosed in this document.

[0006] В US 5066546 (Kennametal, 1989) раскрыто износостойкое изделие с иерархической структурой, содержащее по меньшей мере один слой из ряда карбидных материалов, включая карбид титана, внедренный в матрицу из литой стали. Карбидный материал имеет размер частиц от 4,7 до 9,5 мм, причем указанный карбидный материал находится в форме раздробленных частей, порошка или прессованных изделий неправильной формы. В этом документе не раскрыта ни средняя концентрация TiC в армированной части износостойкого изделия, ни состав армирующей структуры.[0006] US 5,066,546 (Kennametal, 1989) discloses a hierarchical wear-resistant article comprising at least one layer of a variety of carbide materials, including titanium carbide, embedded in a cast steel matrix. The carbide material has a particle size of 4.7 to 9.5 mm, said carbide material being in the form of crushed pieces, powder or irregular molded articles. This document does not disclose the average concentration of TiC in the reinforced part of the wear resistant product, nor the composition of the reinforcing structure.

[0007] В документе US 8999518 B2 раскрыт композитный материал с иерархической структурой, содержащий железный сплав, армированный карбидом титана, имеющий определенную геометрическую конфигурацию, в котором указанная армированная часть содержит чередующуюся макро-микроструктуру миллиметровых областей, в которых сконцентрированы микрометровые сферические частицы карбида титана, разделенные миллиметровыми областями, по существу не содержащими микрометровых сферических частиц карбида титана, где указанные области заполнены железным сплавом. В этом патенте максимальная концентрация TiC составляет 72,2 об.% при уплотнении порошковой смеси Ti и C с максимальной относительной плотностью 95 %. Пористость гранул превышает 5 об.%, и в отсутствие возможного замедлителя реакции присутствует только одна металлическая матрица - литой металл. Композитный материал с иерархической структурой получают путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), при котором обычно достигаются температуры реакции выше 1500°C или даже 2000°C. Для локального инициирования реакции требуется совсем немного энергии. Затем реакция самопроизвольно распространяется на всю смесь реагентов.[0007] US 8999518 B2 discloses a composite material with a hierarchical structure containing a titanium carbide reinforced iron alloy having a certain geometric configuration, in which the specified reinforced part contains an alternating macro-microstructure of millimeter-sized areas in which micrometer-sized spherical particles of titanium carbide are concentrated, separated by millimeter regions, essentially free of micrometer spherical particles of titanium carbide, where these regions are filled with an iron alloy. In this patent, the maximum concentration of TiC is 72.2 vol.% when compacting a powder mixture of Ti and C with a maximum relative density of 95%. The porosity of the granules exceeds 5 vol.%, and in the absence of a possible reaction retardant, only one metal matrix is present - cast metal. Composite material with a hierarchical structure is obtained by self-propagating high temperature synthesis (SHS), which usually achieves reaction temperatures above 1500°C or even 2000°C. Very little energy is required to initiate a reaction locally. The reaction then spontaneously propagates to the entire mixture of reactants.

[0008] Композит с иерархической структурой согласно этому документу получают путем реакции в пресс-форме гранул, содержащих смесь порошков углерода и титана. После инициирования реакции развивается фронт реакции, который таким образом самопроизвольно распространяется (самораспространяется), что позволяет получить карбид титана из титана и углерода. Полученный таким образом карбид титана называют «полученным in situ», потому что он не получен из литейного железного сплава. Эта реакция инициируется теплом от отливки чугуна или стали, используемых для отливки всей детали, и, следовательно, как неармированной, так и армированной части. Реакция СВС Ti+C→TiC очень экзотермична и имеет теоретическую адиабатическую температуру 3290°K.[0008] A composite with a hierarchical structure according to this document is obtained by reaction in a mold of granules containing a mixture of powders of carbon and titanium. After the initiation of the reaction, a reaction front develops, which thus spontaneously propagates (self-propagates), which makes it possible to obtain titanium carbide from titanium and carbon. The titanium carbide produced in this way is called "in situ produced" because it is not obtained from a cast iron alloy. This reaction is initiated by the heat from the iron or steel casting used to cast the entire part, and therefore both the unreinforced and the reinforced part. The SHS reaction Ti+C→TiC is very exothermic and has a theoretical adiabatic temperature of 3290°K.

[0009] К сожалению, повышение температуры вызывает дегазацию реагентов, т.е. содержащихся в них летучих веществ (Н2О в углероде, H2, N2 в титане). Все примеси, содержащиеся в порошках реагентов, органические или неорганические компоненты вокруг или внутри порошка/уплотненных гранул, улетучиваются. Чтобы ослабить интенсивность реакции между углеродом и титаном, в него добавляют порошок железного сплава в качестве замедлителя для поглощения тепла и снижения температуры. Однако при этом также снижается максимально достижимая концентрация TiC в готовой изнашиваемой детали, и вышеупомянутая теоретическая концентрация 72,2 % в этом случае уже не может быть достигнута на практике в промышленном масштабе.[0009] Unfortunately, an increase in temperature causes degassing of the reactants, i. e. volatile substances contained in them (H 2 O in carbon, H 2 , N 2 in titanium). All impurities contained in the reagent powders, organic or inorganic components around or inside the powder / compacted granules, evaporate. In order to weaken the intensity of the reaction between carbon and titanium, iron alloy powder is added to it as a moderator to absorb heat and reduce temperature. However, this also reduces the maximum achievable TiC concentration in the finished wear part, and the aforementioned theoretical concentration of 72.2% in this case can no longer be achieved in practice on an industrial scale.

[0010] Документ WO 2010/031663A1 относится к композитному ударному компоненту для перкуссионных дробилок, содержащему ферросплав, по меньшей мере частично армированный карбидом титана определенной формы в соответствии с тем же методом, что и в ранее описанном документе US 8999518 B2. Чтобы ослабить интенсивность реакции между углеродом и титаном, добавляют порошок железного сплава. В одном из примеров в этом документе армированные области содержат в общем приблизительно 30 об.% TiC. Для этого путем прессования получают ленту с относительной плотностью 85 %. После дробления ленты полученные гранулы просеивают до размера от 1 до 5 мм, предпочтительно от 1,5 до 4 мм. Получают объемную плотность ориентировочно 2 г/см3 (45 % пространства между гранулами + 15 % пористость в гранулах). Таким образом, гранулы в изнашиваемой детали, которую необходимо армировать, содержат 55 об.% пористых гранул. В таком случае концентрация TiC в армированной области составляет всего лишь 30 %, что не всегда достаточно и может отрицательно сказаться на износостойкости литого изделия, в частности с зернами с высокой пористостью до реакции СВС.[0010] Document WO 2010/031663A1 relates to a composite impactor for percussion crushers containing a ferroalloy at least partially reinforced with titanium carbide of a certain shape in accordance with the same method as in the previously described document US 8999518 B2. To weaken the intensity of the reaction between carbon and titanium, iron alloy powder is added. In one of the examples in this document, the reinforced areas contain a total of approximately 30 vol.% TiC. For this, a tape with a relative density of 85% is obtained by pressing. After crushing the ribbon, the resulting granules are screened to a size of 1 to 5 mm, preferably 1.5 to 4 mm. Get a bulk density of approximately 2 g/cm 3 (45% space between the granules + 15% porosity in the granules). Thus, the granules in the wear part to be reinforced contain 55 vol.% porous granules. In this case, the concentration of TiC in the reinforced area is only 30%, which is not always sufficient and can adversely affect the wear resistance of the cast product, in particular with grains with high porosity before the SHS reaction.

[0011] В документе US 2018/0369905A1 описан способ, обеспечивающий более точный контроль над процессом СВС во время литья с использованием замедлителя. Вставки в литом изделии изготовлены из порошковой смеси, содержащей реагенты для образования TiC и замедлитель, состоящий из литой высокомарганцовистой стали, содержащей 21 % Mn.[0011] US 2018/0369905A1 describes a method for more precise control of the SHS process during retarder casting. The inserts in the cast product are made from a powder mixture containing the reagents for forming TiC and a moderator consisting of cast high manganese steel containing 21% Mn.

Цели изобретенияObjectives of the invention

[0012] Целью настоящего изобретения является создание композитного изнашиваемого компонента с иерархической структурой, получаемого с помощью обычного литья, содержащего металлическую матрицу из чугуна или стали, в которую встроена армированная структура с высокой концентрацией микрометровых частиц карбида титана, внедренных в металлическое связующее (первую металлическую матрицу), образующих металлокерамические композитные гранулы с низкой пористостью. Первая металлическая матрица, включающая микрометровые частицы карбида титана армированной детали, отличается от металлической матрицы, присутствующей в остальной части композитного изнашиваемого компонента.[0012] The aim of the present invention is to provide a composite wear component with a hierarchical structure obtained by conventional casting containing a metal matrix of iron or steel, in which a reinforced structure is embedded with a high concentration of micrometer particles of titanium carbide embedded in a metal binder (the first metal matrix ) forming ceramic-metal composite granules with low porosity. The first metal matrix, comprising micrometer-sized titanium carbide particles of the reinforced part, is different from the metal matrix present in the rest of the composite wear component.

[0013] Еще одной целью настоящего изобретения является создание безопасного процесса производства армированных композитных изнашиваемых деталей, не приводящего к выбросу газов, позволяющего получить улучшенный композитный изнашиваемый компонент с хорошей стойкостью к ударам и коррозии.[0013] Yet another object of the present invention is to provide a safe, gas-free manufacturing process for reinforced composite wear parts, resulting in an improved composite wear component with good impact and corrosion resistance.

Краткое описание изобретенияBrief description of the invention

[0014] Первый аспект настоящего изобретения относится к композитному изнашиваемому компоненту с иерархической структурой, содержащему армирование в наиболее подверженной износу части, где армирование содержит трехмерно связанную сеть периодически чередующихся миллиметровых металлокерамических композитных гранул с миллиметровыми промежутками, где указанные металлокерамические композитные гранулы содержат по меньшей мере 52 об.%, предпочтительно по меньшей мере 61 об.%, более предпочтительно по меньшей мере 70 об.% микрометровых частиц карбида титана, внедренных в первую металлическую матрицу, где металлокерамические композитные гранулы имеют плотность по меньшей мере 4,8 г/см3, где трехмерно связанная сеть металлокерамических композитных гранул с ее миллиметровыми промежутками внедрена во вторую металлическую матрицу, где указанное армирование содержит в среднем по меньшей мере 23 об.%, более предпочтительно по меньшей мере 28 об.%, наиболее предпочтительно по меньшей мере 30 об.% карбида титана, причем первая металлическая матрица отличается от второй металлической матрицы, где вторая металлическая матрица содержит литейный железный сплав.[0014] The first aspect of the present invention relates to a composite wear component with a hierarchical structure, containing reinforcement in the most subject to wear part, where the reinforcement contains a three-dimensionally connected network of periodically alternating mm cermet composite granules with millimeter gaps, where these cermet composite granules contain at least 52 vol.%, preferably at least 61 vol.%, more preferably at least 70 vol.% micrometer particles of titanium carbide embedded in the first metal matrix, where the ceramic-metal composite granules have a density of at least 4.8 g/cm 3 , where a three-dimensionally bonded network of ceramic-metal composite pellets with its millimeter gaps is embedded in a second metal matrix, where the specified reinforcement contains on average at least 23 vol.%, more preferably at least 28 vol.%, most preferably at least 30 vol.% car titanium bid, and the first metal matrix is different from the second metal matrix, where the second metal matrix contains a cast iron alloy.

[0015] Согласно предпочтительным вариантам осуществления изобретения композитный изнашиваемый компонент дополнительно характеризуется одним из следующих признаков или их подходящей комбинацией:[0015] According to preferred embodiments of the invention, the composite wear component is further characterized by one of the following features, or a suitable combination thereof:

- металлокерамические композитные гранулы имеют пористость менее 5 об.%, предпочтительно менее 3 об.%, более предпочтительно менее 2 %;the ceramic-metal composite pellets have a porosity of less than 5% by volume, preferably less than 3% by volume, more preferably less than 2%;

- внедренные металлокерамические композитные гранулы имеют средний размер частиц d50 от 0,5 до 10 мм, предпочтительно от 1 до 5 мм;the embedded cermet composite pellets have an average particle size d50 of 0.5 to 10 mm, preferably 1 to 5 mm;

- внедренные частицы карбида титана имеют средний размер частиц d50 от 0,1 до 50 мкм, предпочтительно от 1 до 20 мкм;the embedded titanium carbide particles have an average particle size d50 of 0.1 to 50 µm, preferably 1 to 20 µm;

- первая металлическая матрица выбрана из группы, состоящей из сплава на основе железа, сплава на основе ферромарганца, сплава на основе феррохрома и сплава на основе никеля;the first metal matrix is selected from the group consisting of an iron-based alloy, a ferromanganese-based alloy, a ferrochromium-based alloy, and a nickel-based alloy;

- вторая металлическая матрица содержит железный сплав, в частности, высокохромистый белый чугун или сталь.- the second metal matrix contains an iron alloy, in particular high chromium white cast iron or steel.

[0016] Настоящее изобретение дополнительно раскрывает способ изготовления металлокерамических композитных гранул, включающий следующие стадии:[0016] The present invention further discloses a method for manufacturing cermet composite pellets, comprising the following steps:

- размол порошковых композиций, содержащих TiC и первую металлическую матрицу, в присутствии растворителя, предпочтительно до достижения среднего размера частиц d50 от 1 до 20 мкм, предпочтительно от 1 до 10 мкм;- grinding powder compositions containing TiC and the first metal matrix, in the presence of a solvent, preferably to achieve an average particle size d50 from 1 to 20 μm, preferably from 1 to 10 μm;

- смешивание с порошковой композицией от 1 до 10 %, предпочтительно от 1 до 6 % воска;- mixing with powder composition from 1 to 10%, preferably from 1 to 6% of wax;

- удаление растворителя вакуумной сушкой с получением агломерированного порошка;- removing the solvent by vacuum drying to obtain an agglomerated powder;

- уплотнение агломерированного порошка в ленты, листы или пруты;- compaction of the agglomerated powder into strips, sheets or rods;

- дробление лент, листов или прутов на гранулы, предпочтительно со средним размером d50 от 0,5 до 10 мм, предпочтительно от 1 до 5 мм;- crushing strips, sheets or rods into granules, preferably with an average size d50 of 0.5 to 10 mm, preferably 1 to 5 mm;

- спекание при температуре 1000-1600 °C в вакуумной печи или печи с инертной атмосферой до достижения плотности по меньшей мере 4,8 г/см3.- sintering at a temperature of 1000-1600 °C in a vacuum or inert atmosphere furnace until a density of at least 4.8 g/cm 3 is reached.

[0017] Настоящее изобретение дополнительно раскрывает способ изготовления композитного изнашиваемого компонента согласно настоящему изобретению, включающий следующие стадии:[0017] The present invention further discloses a method for manufacturing a composite wear component according to the present invention, comprising the following steps:

- смешивание металлокерамических композитных гранул, полученных в соответствии с изобретением, с приблизительно от 1 до 8 мас.%, предпочтительно от 2 до 6 мас.% клея;- mixing the ceramic-metal composite granules obtained in accordance with the invention, with approximately 1 to 8 wt.%, preferably from 2 to 6 wt.% adhesive;

- заливка смеси и ее уплотнение в первой пресс-форме;- pouring the mixture and compacting it in the first mold;

- сушка смеси при подходящих температуре и продолжительности для удаления растворителя из клея или обеспечения затвердевания;- drying the mixture at a suitable temperature and duration to remove the solvent from the adhesive or to allow curing;

- извлечение высушенной смеси из пресс-формы и получение трехмерно связанной сети периодически чередующихся миллиметровых металлокерамических композитных гранул с миллиметровыми промежутками для использования в качестве армирования в подверженной износу части изнашиваемого компонента с иерархической структурой.- extracting the dried mixture from the mold and obtaining a three-dimensionally connected network of periodically alternating millimeter cermet composite granules with millimeter gaps for use as reinforcement in the wear part of the wear component with a hierarchical structure.

[0018] Согласно предпочтительным вариантам осуществления изобретения способ изготовления изнашиваемого компонента дополнительно характеризуется следующими стадиями или их подходящей комбинацией:[0018] According to preferred embodiments of the invention, the method for manufacturing a wear component is further characterized by the following steps, or a suitable combination thereof:

- помещение трехмерно связанной сети периодически чередующихся миллиметровых металлокерамических композитных гранул с миллиметровыми промежутками в часть объема пресс-формы для композитного литого изнашиваемого компонента с иерархической структурой, который необходимо отлить;placing a three-dimensionally bonded network of periodically alternating millimetric cermet composite pellets at millimeter intervals into a portion of the mold volume for a composite cast wear component with a hierarchical structure to be cast;

- заливка второй металлической матрицы во вторую пресс-форму, представляющую собой пресс-форму для литой изнашиваемой детали, и одновременная инфильтрация миллиметровых промежутков трехмерно связанной сети;pouring a second metal matrix into a second mold representing a mold for a cast wear part and simultaneously infiltrating millimetric gaps of a three-dimensionally connected network;

- извлечение композитного литого изнашиваемого компонента с иерархической структурой из пресс-формы.- removing the composite cast wear component with a hierarchical structure from the mold.

[0019] Настоящее изобретение дополнительно раскрывает композитный литой изнашиваемый компонент с иерархической структурой, полученный способом согласно изобретению.[0019] The present invention further discloses a composite cast wear component with a hierarchical structure obtained by the method of the invention.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

[0020] На фиг. 1 показано отбойное кольцо размольной машины, в которой проводились испытания для настоящего изобретения.[0020] FIG. 1 shows the impact ring of the grinding machine in which the present invention was tested.

[0021] На фиг. 2 представлен отдельный отбойный элемент отбойного кольца с фиг. 1.[0021] In FIG. 2 shows a separate fender of the fender of FIG. one.

[0022] На фиг. 3 представлен изношенный отдельный отбойный элемент.[0022] FIG. 3 shows a worn separate fender.

[0023] Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение расположения армирующей структуры в наиболее подверженной износу части отдельного отбойного элемента.[0023] FIG. 4 is a schematic representation of the arrangement of the reinforcement structure in the most wear-prone part of an individual fender.

[0024] На фиг. 5 представлен общий вид армирующей структуры, определенной как трехмерно связанная сеть периодически чередующихся миллиметровых металлокерамических композитных гранул с миллиметровыми промежутками.[0024] FIG. 5 is a general view of a reinforcing structure, defined as a three-dimensionally bonded network of periodically alternating millimeter-sized cermet composite pellets at millimeter-sized intervals.

[0025] На фиг. 6 и 7 представлен увеличенный вид армирующей структуры с фиг. 5.[0025] FIG. 6 and 7 are enlarged views of the reinforcing structure of FIG. 5.

[0026] На фиг. 8 представлен вид в разрезе литого изнашиваемого компонента с включением миллиметровых металлокерамических композитных гранул с промежутками (пустотами), заполненными второй металлической матрицей (матрицей литого металла).[0026] FIG. 8 is a cross-sectional view of a cast wear component incorporating millimeter-sized cermet composite pellets with interstices (voids) filled with a second metal matrix (cast metal matrix).

[0027] На фиг. 9 представлены микроскопические сфероидальные частицы TiC, внедренные в первую металлическую матрицу, являющуюся связующим для частиц TiC. Изображение представляет собой сильное увеличение одного металлокерамического композитного зерна, представленного на фиг. 8.[0027] In FIG. 9 shows microscopic spheroidal TiC particles embedded in a first metal matrix that binds the TiC particles. The image is a high magnification of one cermet composite grain shown in FIG. eight.

[0028] Фиг. 10 представляет собой схематическое изображение концепции настоящего изобретения, основанной на различии масштабов между внедренными микрометровыми частицами TiC в первой металлической матрице, образующих миллиметровые гранулы металлокерамического композита, интегрированные в форме трехмерной сети в армированную часть изнашиваемого компонента.[0028] FIG. 10 is a schematic representation of the concept of the present invention based on the scale difference between embedded micrometer TiC particles in a first metal matrix forming millimeter-sized grains of a cermet composite integrated in a three-dimensional network into the reinforced part of the wear component.

[0029] Фиг. 11 представляет собой схематическое изображение поперечного сечения образца, содержащего гранулы, которое используется в способе для получения среднего размера частиц металлокерамических гранул (как описано ниже).[0029] FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a sample containing granules, which is used in the method to obtain the average particle size of sintered granules (as described below).

[0030] Фиг. 12 представляет собой схематическое изображение способа измерения диаметра Фере (с минимальным и максимальным диаметрами Фере). Эти диаметры Фере используются в способе для получения среднего размера частиц металлокерамических гранул (как описано ниже).[0030] FIG. 12 is a schematic representation of a Feret diameter measurement method (with minimum and maximum Feret diameters). These Feret diameters are used in the process to obtain the average particle size of the sintered granules (as described below).

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретенияDescription of preferred embodiments of the invention

[0031] Настоящее изобретение относится к композитному изнашиваемому компоненту с иерархической структурой, получаемому с помощью обычного литья. Он состоит из металлической матрицы, содержащей особую армирующую структуру, содержащую плотные (с низкой пористостью менее 5%) металлокерамические композитные гранулы неправильной формы со средним миллиметровым размером от 0,5 до 10 мм, предпочтительно от 0,8 до 6 мм, более предпочтительно от 1 до 4 мм, еще более предпочтительно от 1 до 3 мм.[0031] The present invention relates to a composite wear component with a hierarchical structure obtained using conventional casting. It consists of a metal matrix containing a special reinforcing structure containing dense (with low porosity less than 5%) irregularly shaped ceramic-metal composite granules with an average millimeter size of 0.5 to 10 mm, preferably 0.8 to 6 mm, more preferably from 1 to 4 mm, even more preferably 1 to 3 mm.

[0032] Металлокерамические композиты состоят из керамических частиц, связанных металлическим связующим, называемым в настоящем изобретении первой металлической матрицей. В областях применения, связанных с износом, керамика обеспечивает высокую износостойкость, в то время как металл улучшает, помимо других свойств, ударную вязкость. Металлокерамические композиты на основе TiC содержат микрометровые сфероидальные частицы карбида титана (от 52 до 95 об.% гранул, предпочтительно от 61 до 90 об.%, более предпочтительно от 70 до 90 об.%, размером от 0,1 до 50 мкм, предпочтительно от 0,5 до 20 мкм, более предпочтительно 1 до 10 мкм), связанные металлической фазой (первой металлической матрицей) на основе, например, Fe, Ni или Mo. Железный сплав, предпочтительно хромистый чугун или сталь (вторая металлическая матрица), отливается в пресс-форме и инфильтрирует только промежутки указанной армирующей структуры.[0032] Ceramic-metal composites consist of ceramic particles bound by a metal binder, referred to in the present invention as the first metal matrix. In wear applications, ceramic provides high wear resistance, while metal improves toughness, among other properties. TiC-based ceramic-metal composites contain micrometer-sized spheroidal titanium carbide particles (from 52 to 95 vol.% of granules, preferably from 61 to 90 vol.%, more preferably from 70 to 90 vol.%, with a size of from 0.1 to 50 μm, preferably 0.5 to 20 µm, more preferably 1 to 10 µm) bound by a metal phase (first metal matrix) based on, for example, Fe, Ni or Mo. An iron alloy, preferably chromium iron or steel (second metal matrix), is cast in a mold and infiltrates only the interstices of said reinforcing structure.

[0033] В настоящем изобретении выражение «TiC» следует понимать не в строгом стехиометрическом химическом смысле, а как карбид титана в его кристаллографической структуре. Карбид титана имеет широкий диапазон составов со стехиометрией C/Ti от 0,47 до 1, предпочтительной является стехиометрия C/Ti выше 0,8.[0033] In the present invention, the term "TiC" should be understood not in the strict stoichiometric chemical sense, but as titanium carbide in its crystallographic structure. Titanium carbide has a wide range of compositions with C/Ti stoichiometry from 0.47 to 1, C/Ti stoichiometry above 0.8 is preferred.

[0034] Объемное содержание металлокерамических композитных гранул во вставке, образующей армированный объем изнашиваемой части (за исключением полых частей или углублений, если таковые имеются), как правило, составляет от 45 до 65 об.%, предпочтительно от 50 до 60 об.%, что соответствует средним концентрациям TiC в армированном объеме от 23 до 62 об.%, предпочтительно от 28 до 60 об.%, более предпочтительно от 30 до 55 об.%.[0034] The volume content of ceramic-metal composite granules in the insert forming the reinforced volume of the wear part (excluding hollow parts or recesses, if any) is generally from 45 to 65 vol.%, preferably from 50 to 60 vol.%, which corresponds to average concentrations of TiC in the reinforced volume from 23 to 62 vol.%, preferably from 28 to 60 vol.%, more preferably from 30 to 55 vol.%.

[0035] Армированную деталь с иерархической структурой изнашиваемого компонента получают из агрегата миллиметровых металлокерамических композитных гранул неправильной формы, имеющих средний размер приблизительно от 0,5 до 10 мм, предпочтительно от 0,8 до 6 мм, более предпочтительно от 1 до 4 мм, еще более предпочтительно от 1 до 3 мм.[0035] A reinforced part with a wear component hierarchical structure is produced from an aggregate of millimeter irregularly shaped ceramic-metal composite pellets having an average size of approximately 0.5 to 10 mm, preferably 0.8 to 6 mm, more preferably 1 to 4 mm, still more preferably 1 to 3 mm.

[0036] Металлокерамические композитные гранулы предпочтительно агрегированы в желаемую трехмерную форму с помощью адгезива (неорганического, такого как хорошо известные неорганические клеи на основе натриевых (или калиевых) силикатных стекол, или органических клеев, таких как полиуретан или фенольные смолы), или внутри контейнера, или за перегородкой (обычно металлической, но указанный контейнер или перегородка также могут иметь керамическую природу, в целом неорганическую или органическую). Эта желаемая форма образует открытую структуру, формируемую трехмерно связанной сетью агломерированных/агрегированных металлокерамических композитных гранул, связанных связывающим агентом или поддерживаемых в требуемой форме посредством контейнера или перегородки, причем гранулы уложены так, что между ними оставлены миллиметровые открытые промежутки, которые могут быть заполнены жидким литым металлом. Этот агломерат помещают или располагают в пресс-форме перед заливкой железного сплава для формирования армированной части изнашиваемого компонента. Затем в указанную пресс-форму заливают жидкий металл, который заполняет открытые промежутки между гранулами. Под миллиметровыми промежутками следует понимать промежутки размером от 0,1 до 5 мм, предпочтительно от 0,5 до 3 мм, в зависимости от уплотненности армирующей структуры и размера гранул.[0036] The ceramic-metal composite beads are preferably aggregated into the desired three-dimensional shape with an adhesive (inorganic, such as well-known inorganic adhesives based on soda (or potassium) silicate glasses, or organic adhesives, such as polyurethane or phenolic resins), or inside a container, or behind a baffle (usually metallic, but said container or baffle may also be of a ceramic, generally inorganic or organic nature). This desired shape forms an open structure formed by a three-dimensionally bonded network of agglomerated/aggregated cermet composite pellets, bonded by a binding agent or maintained in the desired shape by a container or baffle, the pellets being stacked leaving millimeter-long open spaces between them, which can be filled with liquid cast metal. This agglomerate is placed or positioned in a mold prior to pouring the iron alloy to form the reinforced part of the wear component. Liquid metal is then poured into said mold, which fills the open spaces between the pellets. The millimeter gaps are to be understood as gaps of 0.1 to 5 mm, preferably 0.5 to 3 mm, depending on the tightness of the reinforcing structure and the size of the granules.

[0037] Металлокерамические композитные гранулы обычно изготавливают общепринятым способом, с помощью порошковой металлургии, формуя смесь керамических и металлических порошков подходящего гранулометрического состава с последующим жидкофазным спеканием.[0037] Ceramic-metal composite pellets are typically made in a conventional manner, using powder metallurgy, by forming a mixture of ceramic and metal powders of suitable particle size distribution, followed by liquid-phase sintering.

[0038] Как правило, порошки имеют диаметр 0,1-50 мкм и содержат TiC в качестве основного компонента и от 5 до 48% металлического связующего, которое может представлять собой порошок одного компонента или уже сплавные порошки (первой металлической матрицы). Порошки сначала смешивают и/или размалывают (в зависимости от исходного размера порошка) в шаровой мельнице, посредством сухого или мокрого размола (например, со спиртом, чтобы избежать окисления металлического порошка). Могут быть добавлены некоторые органические добавки в целях диспергирования или придания формы. В случае мокрого размола может потребоваться стадия сушки. Она может быть проведена, например, с помощью вакуумной сушки или распылительной сушки. Формование обычно проводят холодным однонаправленным изостатическим прессованием или литьем под давлением, или любыми другими методами формования, с образованием ленты, прута или листа.[0038] Typically, the powders have a diameter of 0.1-50 µm and contain TiC as the main component and from 5 to 48% of the metal binder, which can be a powder of one component or already alloyed powders (first metal matrix). The powders are first mixed and/or milled (depending on the original powder size) in a ball mill, either dry or wet milled (eg with alcohol to avoid oxidation of the metal powder). Some organic additives may be added for dispersion or shaping purposes. In the case of wet grinding, a drying step may be required. It can be carried out, for example, by vacuum drying or spray drying. Forming is usually carried out by cold unidirectional isostatic pressing or injection molding, or any other forming methods, to form a strip, rod or sheet.

[0039] Ленты или листы, например, могут быть раздроблены до зерен и необязательно просеяны. Преимуществом может быть получение гранул неправильной формы без ориентации, при которой они легко могут быть вырваны (гранулы очень хорошо механически удерживаются в литом металле). Прессованные, экструдированные или раздробленные гранулы затем спекают при подходящей температуре в условиях низкого или высокого вакуума, в атмосфере инертного газа, водорода или их комбинаций. Во время жидкофазного спекания происходит перегруппировка частиц под действием капиллярных сил.[0039] Tapes or sheets, for example, can be crushed to grains and optionally screened. It can be an advantage to obtain irregularly shaped pellets without an orientation in which they can be easily torn out (the pellets are very well mechanically held in the cast metal). The pressed, extruded or crushed pellets are then sintered at a suitable temperature under low or high vacuum conditions, in an atmosphere of inert gas, hydrogen, or combinations thereof. During liquid-phase sintering, the particles are rearranged under the action of capillary forces.

[0040] Литейный сплав (вторая металлическая матрица), в который внедрены металлокерамические композитные гранулы изнашиваемого компонента, предпочтительно представляет собой железный сплав (хромистый белый чугун, сталь, марганцовистая сталь…) или никелевый или молибденовый сплав. Этот сплав может быть выбран для достижения локально оптимизированных свойств в зависимости от конечных требований к изнашиваемой части (например, марганцевая сталь обеспечит высокую ударопрочность, высокохромистый белый чугун обеспечит более высокую износостойкость, никелевый сплав обеспечит превосходную термическую и коррозионную стойкость, и т.д.).[0040] The casting alloy (second metal matrix) in which the cermet composite grains of the wear component are embedded is preferably an iron alloy (white chromium cast iron, steel, manganese steel...) or a nickel or molybdenum alloy. This alloy can be selected to achieve locally optimized properties depending on the final requirements of the wear part (e.g. manganese steel will provide high impact resistance, high chromium white cast iron will provide higher wear resistance, nickel alloy will provide excellent thermal and corrosion resistance, etc.) .

ПреимуществаAdvantages

[0041] Настоящее изобретение позволяет получить в изделии, получаемом с помощью обычного литья, концентрацию частиц TiC, которая может быть очень высокой в металлокерамических композитных гранулах (от 52 до 95 об.%), без риска возникновения дефектов внутри литой структуры (газовые раковины, трещины, неоднородности…) или неконтролируемых и опасных реакций и выбросов, которые имеют место при образовании TiC in situ в результате самораспространяющейся экзотермической реакции (СВС, см. выше).[0041] The present invention makes it possible to obtain, in a product obtained by conventional casting, a concentration of TiC particles, which can be very high in cermet composite pellets (from 52 to 95 vol.%), without the risk of defects inside the cast structure (gas holes, cracks, discontinuities…) or uncontrolled and hazardous reactions and releases that occur when TiC is formed in situ by a self-propagating exothermic reaction (SHS, see above).

В настоящем изобретении в армированном объеме изнашиваемой части могут быть достигнуты хорошие средние концентрации TiC за счет низкой пористости металлокерамических композитных гранул. Могут быть достигнуты значения вплоть до приблизительно 62 об.% в зависимости от уплотнения/укладки металлокерамических композитных гранул в армированном объеме.In the present invention, good average TiC concentrations can be achieved in the reinforced volume of the wear part due to the low porosity of the cermet composite pellets. Values up to about 62 vol.% can be achieved depending on the compaction/stacking of the ceramic-metal composite granules in the reinforced volume.

[0042] Изнашиваемый компонент с иерархической структурой согласно настоящему изобретению по существу не имеет пористости и трещин, что обеспечивает более благоприятные механические свойства и износостойкость.[0042] The hierarchical wear component of the present invention is substantially free of porosity and cracks, which provides more favorable mechanical properties and wear resistance.

[0043] Размер частиц карбида титана и металлокерамических композитных гранул (TiC + связующее) согласно настоящему изобретению во время процесса производства может контролироваться в широких масштабах (выбор сырья, процесса размола, формования и условий спекания). Использование спеченных миллиметровых металлокерамических композитных гранул на основе TiC, полученных с помощью хорошо известной порошковой металлургии, позволяет контролировать размер зерна и пористость, использовать различные составы металлических сплавов в качестве первой металлической матрицы, обеспечивает высокую концентрацию TiC, легкое формование вставок без избыточной потребности в человеческом труде и хорошее внутреннее состояние зерен после заливки даже в условиях сильного термоудара.[0043] The particle size of titanium carbide and cermet composite pellets (TiC + binder) according to the present invention during the manufacturing process can be controlled on a large scale (selection of raw materials, grinding process, molding and sintering conditions). The use of sintered millimeter TiC-based cermet composite pellets produced by well-known powder metallurgy, allows control of grain size and porosity, use of various compositions of metal alloys as the first metal matrix, high concentration of TiC, easy molding of inserts without excessive need for human labor and good internal condition of the grains after pouring even under conditions of strong thermal shock.

Производство металлокерамических композитных гранул:Production of ceramic-metal composite granules:

[0044] Проводят размол и/или смешивание порошка неорганического TiC (от 52 до 95 об.%, предпочтительно от 61 до 90 об.%, более предпочтительно от 70 до 90 об.%) и металлических порошков в качестве первой металлической матрицы (от 5 до 48 об.%, предпочтительно от 10 до 39 об.%, более предпочтительно от 10 до 30 об.%), как упомянуто выше, в шаровой мельнице с жидкостью, которая может представлять собой воду или спирт, в зависимости от чувствительности металлического связующего к окислению. Также могут быть добавлены различные добавки (антиоксидант, диспергатор, связующее, пластификатор, смазка, воск для прессования, ...) для различных целей.[0044] Grinding and/or mixing of inorganic TiC powder (from 52 to 95 vol.%, preferably from 61 to 90 vol.%, more preferably from 70 to 90 vol.%) and metal powders as the first metal matrix (from 5 to 48% by volume, preferably 10 to 39% by volume, more preferably 10 to 30% by volume, as mentioned above, in a ball mill with a liquid which may be water or alcohol, depending on the sensitivity of the metal binder for oxidation. Various additives (antioxidant, dispersant, binder, plasticizer, lubricant, press wax, ...) can also be added for various purposes.

[0045] После достижения желаемого среднего размера частиц (как правило, менее 20 мкм, предпочтительно менее 10 мкм, более предпочтительно менее 5 мкм) суспензию сушат (с помощью вакуумной сушки или распылительной сушки) с получением агломератов порошка, содержащих органические добавки.[0045] After reaching the desired average particle size (typically less than 20 microns, preferably less than 10 microns, more preferably less than 5 microns), the suspension is dried (by vacuum drying or spray drying) to obtain powder agglomerates containing organic additives.

[0046] Агломерированный порошок вводят в аппарат для грануляции через бункер. Эта машина включает два валка под давлением, через которые пропускается порошок и посредством которых он уплотняется. На выходе получают непрерывную ленту (лист) прессованного материала, которую затем дробят для получения металлокерамических композитных гранул. Затем эти гранулы просеивают до желаемого размера зерна. Фракции гранул нежелательного размера по желанию возвращают в процесс. Полученные гранулы обычно имеют относительную плотность от 40 до 70% (в зависимости от степени уплотнения, характеристик порошка и состава смеси).[0046] The agglomerated powder is introduced into the granulator through the hopper. This machine includes two pressurized rollers through which the powder is passed and compacted. At the output, a continuous tape (sheet) of pressed material is obtained, which is then crushed to obtain metal-ceramic composite granules. These granules are then screened to the desired grain size. Fractions of granules of undesirable size are returned to the process as desired. The resulting granules usually have a relative density of 40 to 70% (depending on the degree of compaction, powder characteristics and mixture composition).

[0047] Также возможно отрегулировать гранулометрический состав гранул, а также их форму до более или менее кубической или плоской формы, в зависимости от метода дробления (при ударном дроблении будет получено больше кубических гранул, в то время как дробление раздавливанием даст более плоские гранулы). Полученные гранулы в целом имеют размер, который после спекания будет обеспечивать гранулы размером от 0,5 до 10 мм, предпочтительно от 0,8 до 6 мм, более предпочтительно от 1 до 4 мм, еще более предпочтительно от 1 до 3 мм. Гранулы также могут быть получены классическим однонаправленным прессованием или гранулированием порошковой смеси непосредственно в виде зерен или на гораздо более крупные части, которые затем будут раздроблены на гранулы до или после спекания.[0047] It is also possible to adjust the granulometric composition of the granules, as well as their shape, to more or less cubic or flat shape, depending on the crushing method (impact crushing will produce more cubic granules, while crushing will give flatter granules). The resulting granules generally have a size which, after sintering, will provide a granule size of 0.5 to 10 mm, preferably 0.8 to 6 mm, more preferably 1 to 4 mm, even more preferably 1 to 3 mm. Granules can also be obtained by classical unidirectional pressing or granulation of a powder mixture directly in the form of grains or into much larger pieces, which will then be crushed into granules before or after sintering.

[0048] Наконец, может быть проведено жидкофазное спекание в печи при температуре 1000-1600 °C в течение нескольких минут или часов, в вакууме, в атмосфере N2, Ar, H2 или смесей, в зависимости от металлической фазы (типа и количества связующего), до тех пор, пока не будет достигнута желаемая пористость, предпочтительно менее 5 %, более предпочтительно менее 3 %, наиболее предпочтительно менее 2 %.[0048] Finally, liquid-phase sintering can be carried out in a furnace at a temperature of 1000-1600 ° C for several minutes or hours, in vacuum, in an atmosphere of N 2 , Ar, H 2 or mixtures, depending on the metal phase (type and amount binder) until the desired porosity is achieved, preferably less than 5%, more preferably less than 3%, most preferably less than 2%.

Реализация трехмерной армирующей структуры (сердечника)Implementation of a three-dimensional reinforcing structure (core)

[0049] Как упомянуто выше, металлокерамические композитные гранулы подвергают агломерации либо с помощью адгезива, либо путем заключения их в контейнер, или любыми другими средствами. Доля адгезива не превышает 10 мас.% от общей массы гранул и предпочтительно составляет от 2 до 7 мас.%. Этот адгезив может быть неорганическим или органическим. Может быть использован адгезив на основе силиката натрия или калия или адгезив на основе полиуретана или фенольной смолы.[0049] As mentioned above, the ceramic-metal composite pellets are agglomerated, either with an adhesive or by enclosing them in a container, or by any other means. The proportion of adhesive does not exceed 10 wt.% of the total mass of the granules and preferably ranges from 2 to 7 wt.%. This adhesive may be inorganic or organic. A sodium or potassium silicate adhesive or a polyurethane or phenolic resin adhesive may be used.

[0050] Металлокерамические композитные гранулы с низкой пористостью смешивают с адгезивом, обычно неорганическим силикатным клеем, и помещают в пресс-форму (например, в силикон) желаемой формы. После схватывания клея (достигаемого, например, при 100°C после высыхания воды в составе неорганического силикатного клея, схватывание клея также может быть достигнуто путем газирования пропусканием CO2 или газа на основе амина, например, для клея на основе полиуретана), сердечник затвердевает и может быть извлечен из пресс-формы. В зависимости от формы гранул, гранулометрического состава, вибрации во время размещения гранул или остукивания слоя гранул при изготовлении сердечника, сердечник обычно содержит от 30 до 70 об.%, предпочтительно от 40 до 60 об.% плотных гранул и от 70 до 30 об.%, предпочтительно от 60 до 40 об.% пустот (миллиметровых промежутков) в трехмерно связанной сети.[0050] The low porosity cermet composite beads are mixed with an adhesive, typically an inorganic silicate adhesive, and placed in a mold (eg silicone) of the desired shape. After the adhesive has set (achieved at 100° C., for example, after the water in the inorganic silicate adhesive has dried; adhesive setting can also be achieved by gassing with CO 2 or amine-based gas, for example, for polyurethane-based adhesive), the core solidifies and can be taken out of the mold. Depending on the shape of the granules, particle size distribution, vibration during placement of the granules, or rapping of the layer of granules during the manufacture of the core, the core usually contains from 30 to 70 vol.%, preferably from 40 to 60 vol.% dense granules and from 70 to 30 vol. %, preferably from 60 to 40 vol.% voids (millimeter gaps) in a three-dimensionally connected network.

Отливка износной деталиWear part casting

[0051] Сердечник (трехмерную армирующую структуру) размещают и фиксируют винтами или любыми другими доступными средствами в части пресс-формы для износной детали, которую необходимо армировать. Затем в пресс-форму заливают горячий жидкий железный сплав, предпочтительно хромистый белый чугун или сталь.[0051] The core (three-dimensional reinforcing structure) is placed and fixed with screws or any other available means in the part of the mold for the wear part to be reinforced. A hot liquid iron alloy, preferably chromium white iron or steel, is then poured into the mold.

[0052] При этом горячий жидкий железный сплав заполняет только миллиметровые промежутки между гранулами сердечника. При использовании неорганического клея ограниченное плавление металлического связующего (первой металлической матрицы) на поверхности гранул приводит к образованию очень прочной связи между гранулами и сплавом второй матрицы. При использовании органического клея, содержащего силикат натрия, связывание металлов ограничено, но все же может происходить на поверхностях гранул, которые не покрыты клеем.[0052] In this case, the hot liquid iron alloy fills only millimeter gaps between the pellets of the core. When using an inorganic adhesive, the limited melting of the metal binder (the first metal matrix) on the surface of the pellets results in a very strong bond between the pellets and the second matrix alloy. When using an organic adhesive containing sodium silicate, metal binding is limited, but can still occur on the surfaces of the granules that are not coated with adhesive.

[0053] В отличие от уровня техники, во время заливки не происходит реакции (экзотермической реакции или выделения газа) или усадки (сокращения объема на 24 % для реакции Ti+C→TiC), и литой металл будет инфильтрировать промежутки (миллиметровые промежутки между гранулами), но не будет инфильтрировать металлокерамические композитные гранулы, поскольку они не являются пористыми.[0053] Contrary to the prior art, no reaction (exothermic reaction or outgassing) or shrinkage (24% volume reduction for the Ti+C→TiC reaction) occurs during pouring, and the cast metal will infiltrate gaps (millimeter gaps between pellets ), but will not infiltrate cermet composite beads as they are not porous.

Методы измеренияMeasurement methods

[0054] Для измерений пористости, размера гранул или частиц получают образец для металлографических исследований, не имеющий следов размола и шлифовки. Необходимо следить, чтобы частицы не были вырваны, так как это может привести к неверной оценке пористости. Рекомендации по подготовке образцов содержатся в ISO 4499-1:2020 и ISO 4499-3:2016, пп. 8.1 и 8.2.[0054] For measurements of porosity, granule or particle size, a sample for metallographic examination is obtained that does not have traces of milling and grinding. Care must be taken to ensure that particles are not torn out, as this may lead to an incorrect assessment of porosity. Guidelines for sample preparation are provided in ISO 4499-1:2020 and ISO 4499-3:2016 paras. 8.1 and 8.2.

Определение пористости:Definition of porosity:

[0055] Объемная доля пористости свободных гранул может быть вычислена из измеренной плотности и теоретической плотности гранул.[0055] The volume fraction of porosity of free granules can be calculated from the measured density and the theoretical density of the granules.

[0056] Объемная доля пористости гранулы, внедренной в металлическую матрицу, измеряется в соответствии с ISO 13383-2:2012. Хотя этот стандарт предназначен специально для тонкой керамики, описанный метод измерения объемной доли пористости также может применяться для других материалов. Поскольку в данном случае образцы являются не чистой тонкой керамикой, а твердыми композитами на основе металлов, должна быть проведена подготовка образцов в соответствии с ISO 4499-1:2020 и ISO 4499-3:2016, пп. 8.1 и 8.2. Травление не требуется для измерения пористости, но тем не менее может быть проведено, так как оно не повлияет на результат измерения.[0056] The volume fraction of porosity of the pellet embedded in the metal matrix is measured in accordance with ISO 13383-2:2012. Although this standard is specifically for thin ceramics, the method described for measuring porosity volume fraction can also be applied to other materials. Since in this case the specimens are not pure thin ceramics, but solid metal-based composites, preparation of the specimens must be carried out in accordance with ISO 4499-1:2020 and ISO 4499-3:2016 paras. 8.1 and 8.2. Etching is not required to measure porosity, but can still be done as it will not affect the measurement result.

Средний размер частиц карбида титана:Average particle size of titanium carbide:

[0057] Средний размер внедренных частиц карбида титана рассчитывается методом секущих в соответствии с ISO 4499-3:2016. Получают пять изображений микроструктуры пяти различных гранул с помощью оптического или электронного микроскопа при известном увеличении, так что в поле зрения находится от 10 до 20 частиц карбида титана. На каждом откалиброванном изображении проводят четыре секущие так, чтобы ни одна частица не была пересечена линией более одного раза.[0057] The average size of the embedded particles of titanium carbide is calculated by the secant method in accordance with ISO 4499-3:2016. Five images of the microstructure of five different granules are obtained using an optical or electron microscope at a known magnification so that 10 to 20 titanium carbide particles are in the field of view. Four secants are drawn on each calibrated image so that no particle is crossed by the line more than once.

[0058] В месте пересечения линией частицы карбида титана длину линии (li) измеряют с помощью калиброванной линейки (где i=1,2,3…n для 1-го, 2-го, 3-го,…, n-го зерна). Неполные частицы, соприкасающиеся с краями изображения, следует не принимать в расчет. Необходимо подсчитать не менее 200 частиц.[0058] At the point where the line intersects the titanium carbide particle, the line length (l i ) is measured using a calibrated ruler (where i=1,2,3...n for the 1st, 2nd, 3rd, ..., nth grains). Incomplete particles touching the edges of the image should be ignored. At least 200 particles must be counted.

[0059] Средний размер частиц методом секущих определяется как:[0059] The average particle size by the secant method is defined as:

Figure 00000001
Figure 00000001

Средний размер частиц металлокерамических гранул:Average particle size of cermet granules:

[0060] Получают фотомикрографическую панораму шлифованного поперечного сечения образца таким образом, чтобы в поле зрения было по меньшей мере 250 металлокерамических гранул, с помощью сшивания (процесс объединения серии цифровых изображений различных частей объекта в панорамный вид всего объекта с сохранением хорошего разрешения) с использованием компьютерной программы и оптического микроскопа (например, общая панорама поля изображения, полученная с помощью Alicona Infinite Focus). Подходящая бинаризация позволяет сегментировать изображение в оттенках серого на интересующие элементы (гранулы) и фон (см. фиг. 11). Если бинаризация нестабильна из-за плохого качества изображения, используется выполняемый вручную этап, включающий рисование вручную гранул, масштабной линейки, если она есть, и границы изображения на кальке, а затем сканирование кальки.[0060] A photomicrographic panorama of the polished cross-section of the sample is obtained so that there are at least 250 cermet granules in the field of view, using stitching (the process of combining a series of digital images of various parts of an object into a panoramic view of the entire object while maintaining good resolution) using computer program and an optical microscope (for example, a general panorama of the image field obtained using Alicona Infinite Focus). Appropriate binarization allows the grayscale image to be segmented into elements of interest (granules) and background (see FIG. 11). If the binarization is not stable due to poor image quality, a manual step is used, involving hand-drawing the granules, the scale bar if present, and the border of the image on the tracing paper, and then scanning the tracing paper.

[0061] Диаметр Ферета, который является расстоянием между двумя касательными, перпендикулярными направлению измерения, измеряют во всех направлениях для каждой гранулы с помощью программного обеспечения для анализа изображений (например, ImageJ). Пример приведен на фиг. 12.[0061] The Feret diameter, which is the distance between two tangents perpendicular to the measurement direction, is measured in all directions for each bead using image analysis software (eg, ImageJ). An example is shown in FIG. 12.

[0062] Определяют минимальный и максимальный диаметр Ферета каждой гранулы на изображении. Минимальный диаметр Ферета - это самый короткий диаметр Ферета из измеренного набора диаметров Ферета. Максимальный диаметр Ферета - это самый длинный диаметр Ферета из измеренного набора диаметров Ферета. Гранулы, соприкасающиеся с краями изображения, следует не принимать в расчет. Среднее значение минимального и максимального диаметров Ферета каждой гранулы принимают за эквивалентный диаметр x. Затем рассчитывают объемное распределение гранул по размеру q3(x) на основе сфер диаметром x.[0062] The minimum and maximum Feret diameter of each granule in the image is determined. The minimum Feret diameter is the shortest Feret diameter of the measured set of Feret diameters. The maximum Feret diameter is the longest Feret diameter of the measured set of Feret diameters. Grains touching the edges of the image should be ignored. The average value of the minimum and maximum Feret diameters of each granule is taken as the equivalent diameter x. The volume distribution of granule size q 3 (x) is then calculated based on spheres of diameter x.

D50 гранул следует понимать как средневзвешенный размер

Figure 00000002
в соответствии с ISO 9276-2:2014.D 50 granules should be understood as the weighted average size
Figure 00000002
in accordance with ISO 9276-2:2014.

Средний размер частиц металлокерамических гранул в процессе производства гранул:The average particle size of sintered granules during the production of granules:

[0063] Размер гранул измеряют с помощью динамического анализа изображений в соответствии с ISO 13322-2:2006 с помощью Camsizer от Retsch. Диаметр частиц, используемый для распределения по размерам, представляет собой Xc min,, который является самой короткой хордой, измеренной в наборе максимальных хорд проекции частицы (для результатов, близких к отбору/просеиванию).[0063] The size of the granules is measured using dynamic image analysis in accordance with ISO 13322-2:2006 using Camsizer from Retsch. The particle diameter used for the size distribution is X c min, which is the shortest chord measured in the set of maximum particle projection chords (for close to sampling/sieving results).

[0064] d50 гранулы представляет собой средневзвешенный средний размер объемного распределения на основе Xc min.[0064] d 50 granules is the weighted average volumetric distribution size based on X c min .

Измерение размера частиц порошка в процессе размола:Powder particle size measurement during grinding:

[0065] Размер частиц порошка в процессе размола измеряют с помощью лазерной дифракции согласно теории Ми в соответствии с рекомендациями, приведенными в ISO 13320:2020, с помощью Mastersizer 2000 от Malvern. Показатель преломления для TiC устанавливают на 3, а поглощение на 1. Затемнение должно быть в диапазоне от 10 до 15 %, а взвешенная невязка должна быть менее 1 %.[0065] The particle size of the powder during the grinding process is measured by laser diffraction according to Mie theory in accordance with the recommendations given in ISO 13320:2020, using a Mastersizer 2000 from Malvern. The refractive index for TiC is set to 3 and the absorbance to 1. The obscuration should be in the range of 10 to 15% and the weighted residual should be less than 1%.

Измерение плотности спеченных гранул:Density measurement of sintered pellets:

[0066] Определение плотности спеченных гранул проводят с помощью воды в соответствии с ISO 3369:2006. Для гранул без открытой пористости также может быть использован пикнометр, работающий по принципу вытеснения газа (например, пикнометр AccuPyc II 1345 от Micromeritics), дающий практически такое же значение плотности.[0066] Determination of the density of sintered pellets is carried out with water in accordance with ISO 3369:2006. For granules without open porosity, a gas displacement pycnometer (eg Micromeritics AccuPyc II 1345 pycnometer) can also be used, giving almost the same density value.

Практическое использование - износная деталь отбойного элементаPractical use - fender wear part

[0067] В соответствии с настоящим изобретением были реализованы износные детали отбойного элемента, используемые в дробилке с вертикальным валом. Армированный объем износных деталей имеет различные средние объемные процентные содержания TiC от приблизительно 30 и вплоть до 50 об.%.[0067] In accordance with the present invention, breaker wear parts used in a vertical shaft crusher have been implemented. The reinforced volume of wear parts has various average volume percentages of TiC from about 30 and up to 50% by volume.

Их сравнивали с износной деталью, изготовленной в соответствии с US 8999518 B2, пример осуществления 4 (с общим объемным процентным содержанием TiC приблизительно 32 об.% в армированном объеме).They were compared with a wear piece made in accordance with US 8999518 B2, exemplary 4 (with a total volume percentage of TiC of approximately 32 vol.% in the reinforced volume).

[0068] Причиной этого сравнения послужило то, что пример 4 представляет собой типичную композицию «in situ» (Ti + C и замедлитель в самораспространяющейся реакции), требующую осторожного обращения на предприятии и все равно генерирующую много пламени, газов и выбросов горячего жидкого металла во время заливки.[0068] The reason for this comparison is that Example 4 is a typical "in situ" composition (Ti + C and moderator in a self-propagating reaction) that requires careful plant handling and still generates a lot of flames, gases, and hot liquid metal emissions during filling time.

ПримерыExamples

[0069] Получение гранул: [0069] Obtaining granules:

Следующее сырье было использовано для 3 различных типов металлокерамических композитных гранул:The following raw materials have been used for 3 different types of cermet composite pellets:

• Порошок TiC менее 325 меш• TiC powder less than 325 mesh

• Порошок железа менее 325 меш• Iron powder less than 325 mesh

• Порошок марганца менее 325 меш• Manganese powder less than 325 mesh

• Порошок никеля менее 325 меш• Nickel powder less than 325 mesh

Таблица 1Table 1

Состав (мас.%)Composition (wt%) Пример 1Example 1 Пример 2Example 2 Пример 3Example 3 TiCTiC 45,045.0 65,065.0 85,085.0 FeFe 44,844.8 28,528.5 12,212.2 MnMn 7,77.7 4,94.9 2,12.1 NiNi 2,52.5 1,61.6 0,70.7 ИтогоTotal 100,0100.0 100,0100.0 100,0100.0 Теоретическая плотность после спеканияTheoretical density after sintering 6,226.22 5,685.68 5,225.22

[0070] Порошки в соответствии с составами из таблицы 1 смешивали и размалывали в шаровой мельнице со спиртом и металлическими шариками в течение 24 часов, чтобы достичь среднего размера частиц 3 мкм.[0070] The powders according to the formulations in Table 1 were mixed and ball milled with alcohol and metal balls for 24 hours to achieve an average particle size of 3 microns.

[0071] Добавляли связующее, представлявшее собой органический воск, в количестве 4 мас.% относительно порошка, и смешивали с порошком. Спирт удаляли с помощью вакуумной сушилки с вращающимися лопастями (спирт конденсировали для повторного использования). Полученный агломерированный порошок затем просеивали через сито на 100 мкм. Ленты, имеющие 60% теоретической плотности смесей неорганического/металлического порошка, получали путем уплотнения между вращающимися валками роликового пресс-гранулятора. Затем ленты дробили на гранулы неправильной формы, проталкивая их через сито с ячейками подходящего размера. После дробления гранулы просеивали до размера от 1,4 до 4 мм. Эти пористые гранулы неправильной формы затем спекали при высокой температуре (1000-1600°C в течение нескольких минут или часов) в вакуумной печи с низким парциальным давлением аргона до достижения минимальной пористости (менее 5 об.%) и плотности выше 5 г/см3.[0071] An organic wax binder was added in an amount of 4 wt.% relative to the powder, and mixed with the powder. The alcohol was removed using a rotary blade vacuum dryer (the alcohol was condensed for reuse). The resulting agglomerated powder was then sieved through a 100 µm sieve. Tapes having 60% of the theoretical density of the inorganic/metal powder mixtures were produced by densification between the rotating rolls of a roller press pelletizer. The ribbons were then crushed into irregularly shaped granules by passing them through a sieve with appropriately sized meshes. After crushing, the granules were sieved to a size of 1.4 to 4 mm. These irregularly shaped porous pellets were then sintered at high temperature (1000-1600°C for several minutes or hours) in a vacuum furnace with low argon partial pressure until a minimum porosity (less than 5 vol.%) and a density above 5 g/cm 3 were achieved. .

[0072] Спеченные гранулы с низкой пористостью менее 5 об.% затем смешивали с приблизительно 4 мас.% неорганического силикатного клея и заливали в силиконовую пресс-форму (может быть применено вибрирование для облегчения укладки и обеспечения правильной укладки всех гранул) нужной формы размером 100×30×150 мм. После сушки при 100°C в течение нескольких часов в печи для удаления воды из силикатного клея сердечники становились достаточно твердыми и могли быть извлечены из пресс-формы.[0072] Sintered pellets with a low porosity of less than 5 vol.% were then mixed with about 4 wt.% inorganic silicate adhesive and poured into a silicone mold (vibration can be applied to facilitate placement and ensure that all pellets are correctly laid) of the desired size 100 ×30×150 mm. After drying at 100° C. for several hours in an oven to remove water from the silicate adhesive, the cores became hard enough to be removed from the mould.

[0073] Эти сердечники, как показано на фиг. 5, содержат приблизительно 55 об.% плотных гранул (45 об.% пустот/миллиметровых промежутков между гранулами). Каждую комбинацию сердечников/трехмерных армирующих структур размещали в пресс-формах в той части износных деталей, которую необходимо было армировать (как показано на фиг. 4). Затем в пресс-формы заливали горячий жидкий высокохромистый белый чугун. При этом горячий жидкий высокохромистый белый чугун заполнял приблизительно 45 об.% миллиметровых промежутков между гранулами сердечника. После заливки в армированной части было получено 55 об.% областей с высокой концентрацией приблизительно от 57 до 90 об.% частиц карбида титана, связанных металлической фазой (первой металлической матрицей), отличной от остальной части износной детали, где присутствует литейный сплав (вторая металлическая матрица). Общее объемное содержание TiC в армированной макромикроструктуре износной детали варьируется в примерах 1-3 приблизительно от 32 до 50 об.%, но могут быть достигнуты и более высокие значения.[0073] These cores, as shown in FIG. 5 contain approximately 55 vol% dense granules (45 vol% voids/millimeter gaps between granules). Each combination of cores/3D reinforcement structures was placed in the molds in the part of the wear parts that needed to be reinforced (as shown in Fig. 4). Then hot liquid high-chromium white cast iron was poured into the molds. This hot liquid high chromium white iron filled approximately 45 vol.% millimeter gaps between the grains of the core. After pouring, 55 vol.% areas with a high concentration of approximately 57 to 90 vol.% titanium carbide particles were obtained in the reinforced part, bound by a metal phase (first metal matrix) different from the rest of the wear part where the cast alloy is present (second metal matrix). The total volume content of TiC in the reinforced macromicrostructure of the wear part varies in Examples 1-3 from about 32% to 50% by volume, but higher values can be achieved.

Сравнение с уровнем техникиComparison with prior art

[0074] Изнашиваемые детали согласно изобретению сравнивали с изнашиваемой деталью, полученной аналогично примеру 4 в US 8999518 B2.[0074] Wear parts according to the invention were compared with a wear part obtained analogously to example 4 in US 8999518 B2.

Отбойное кольцо размольной машины, в которой проводили эти испытания, проиллюстрировано на фиг. 1.The impact ring of the grinding machine in which these tests were carried out is illustrated in FIG. one.

[0075] В этой машине автор изобретения поочередно помещал отбойный элемент, содержащий вставку (как показано на фиг. 2 и 3) в соответствии с настоящим изобретением, окруженный с одной стороны армированным отбойным элементом в соответствии с источником уровня техники US 8999518 B2, пример 4, для оценки износа в абсолютно одинаковых условиях.[0075] In this machine, the inventor alternately placed a fender containing an insert (as shown in Figs. 2 and 3) in accordance with the present invention, surrounded on one side by a reinforced fender in accordance with the prior art source US 8999518 B2, example 4 , to assess wear in exactly the same conditions.

Раздробляемый материал с высокой скоростью ударяется о рабочую поверхность отбойных элементов (отдельный отбойный элемент до износа представлен на фиг. 2). При дроблении изнашивается рабочая поверхность. Изношенный отбойный элемент представлен на фиг. 3.The crushed material hits the working surface of the breaking elements at high speed (a separate breaking element before wear is shown in Fig. 2). Crushing wears out the working surface. The worn out fender is shown in Fig. 3.

[0076] Для каждого отбойного элемента измеряется потеря массы путем взвешивания каждого отбойного элемента до и после использования.[0076] For each fender, the mass loss is measured by weighing each fender before and after use.

потеря массы = (конечная масса - начальная масса) / начальная массаmass loss = (final mass - initial mass) / initial mass

Эксплуатационный показатель определяется, как показано ниже, при этом потеря массы контроля представляет собой среднюю потерю массы отбойного элемента согласно US 8999518 B2, примеру 4, с каждой стороны испытуемого отбойного элемента.The performance index is determined as shown below, where the weight loss of the control is the average weight loss of the fender according to US 8999518 B2, example 4, on each side of the fender being tested.

PI = потеря массы контроля / потеря массы испытуемого отбойного элементаPI = mass loss of the control / mass loss of the fender under test

[0077] Эксплуатационный показатель выше 1 означает, что износ испытуемого отбойного элемента меньше, чем у контроля, ниже 1 - что износ испытуемого отбойного элемента больше, чем у контроля.[0077] A performance indicator above 1 means that the wear of the tested fender is less than that of the control, below 1 - that the wear of the tested fender is greater than that of the control.

• Эксплуатационный показатель (PI) армированного отбойного элемента согласно примеру 1 настоящего изобретения (металлокерамические композитные зерна, содержащие 57 об.% (45 мас.%) карбида титана): 1,05 (более высокий показатель металлокерамических композитных зерен с локальным объемным содержанием, близким к US 8999518 B2, примеру 4, можно объяснить меньшим количеством дефектов, таких как трещины и пористость в детали)• Performance Index (PI) of the reinforced fender according to Example 1 of the present invention (cermet composite grains containing 57 vol.% (45 wt.%) titanium carbide): 1.05 (higher index of cermet composite grains with a local volume content close to to US 8999518 B2, example 4, can be explained by fewer defects such as cracks and porosity in the part)

• Эксплуатационный показатель (PI) армированного отбойного элемента согласно примеру 2 настоящего изобретения (металлокерамические композитные зерна, содержащие 75 об.% (65 мас.%) карбида титана): 1,16• Performance index (PI) of the reinforced fender according to example 2 of the present invention (metal-ceramic composite grains containing 75 vol.% (65 wt.%) titanium carbide): 1.16

• Эксплуатационный показатель (PI) армированного отбойного элемента согласно примеру 3 настоящего изобретения (металлокерамические композитные зерна, содержащие 90 об.% (85 мас.%) карбида титана): 1,24• Performance index (PI) of the reinforced fender according to example 3 of the present invention (metal-ceramic composite grains containing 90 vol.% (85 wt.%) titanium carbide): 1.24

Таблица 2table 2

Гранулы от 1,4 до 4 ммGranules from 1.4 to 4 mm пример 1example 1 пример 2example 2 пример 3example 3 пример 4example 4 перед заливкойbefore pouring Относительная плотность гранул (%)Relative density of granules (%) 99,8 %99.8% 99,6 %99.6% 99,7 %99.7% 85,0 %85.0% Пористость гранул (%)Granule porosity (%) 0,2 %0.2% 0,4 %0.4% 0,3 %0.3% 15,0 %15.0% Количество (г)Quantity (g) 15791579 13561356 12891289 900900 Плотность гранул (г/см³)Density of granules (g/cm³) 6,196.19 5,655.65 5,215.21 4,254.25 Размеры армированной площади (мм)Reinforced area dimensions (mm) 150×100×30150×100×30 150×100×30150×100×30 150×100×30150×100×30 150×100×30150×100×30 Объем армированной площади (см3)The volume of the reinforced area (cm 3 ) 450450 450450 450450 450450 Заполнение армированной части детали (об.%)Filling of the reinforced part of the part (vol.%) 57 %57% 54 %54% 55 %55% 55 %55% Объем гранул (см3)Volume of granules (cm 3 ) 255255 241241 248248 249249 после заливкиafter pouring Конечное содержание TiC в гранулах (об.%)Final content of TiC in granules (vol.%) 57 %57% 74 %74% 90 %90% 57 %57% Конечное содержание TiC в армированной части (об.%)Final content of TiC in the reinforced part (vol.%) 32 %32% 40 %40% 50 %fifty % 32 %32% Пористость в армированной области (об.%)Porosity in the reinforced area (vol.%) <0,5<0.5 <0,5<0.5 <0,5<0.5 3,003.00 Эксплуатационный показательPerformance indicator 1,051.05 1,161.16 1,241.24 1,001.00

Плотность композита как функция пористости и плотности соединений (карбида титана и сплавов)Composite density as a function of porosity and density of joints (titanium carbide and alloys)

[0078] Ниже приведены две таблицы с плотностью композита как функции об.% TiC и об.% пористости (для сплавов на основе железа и никеля).[0078] Below are two tables with the density of the composite as a function of vol.% TiC and vol.% porosity (for alloys based on iron and Nickel).

Таблица 3Table 3

плотность (г/см3)density (g / cm 3 ) Карбид титанаTitanium carbide 4,934.93 Железный сплавiron alloy 7,877.87 Никелевый сплавNickel alloy 8,918.91

Таблица 4Table 4

Плотность композита с железным сплавом (г/см3)Density of composite with iron alloy (g/cm 3 ) пористость (об.%)porosity (vol.%) 5 %5 % 3 %3% 2 %2% 0,10 %0.10% Содержание карбида титана (об.%)Titanium carbide content (vol.%) 52 %52% 6,026.02 6,156.15 6,216.21 6,336.33 61 %61% 5,775.77 5,895.89 5,965.96 6,076.07 70 %70% 5,525.52 5,645.64 5,705.70 5,815.81 85 %85% 5,105.10 5,215.21 5,265.26 5,375.37 96 %96% 4,804.80 4,904.90 4,954.95 5,045.04 99 %99% 4,714.71 4,814.81 4,864.86 4,954.95

Таблица 5Table 5

Плотность композита с никелевым сплавом (г/см³)Density of Composite with Nickel Alloy (g/cm³) пористость (об.%)porosity (vol.%) 5 %5 % 3 %3% 2 %2% 0,10 %0.10% Содержание карбида титана (об.%)Titanium carbide content (vol.%) 52 %52% 6,506.50 6,646.64 6,706.70 6,836.83 61 %61% 6,166.16 6,296.29 6,356.35 6,486.48 70 %70% 5,825.82 5,945.94 6,006.00 6,126.12 85 %85% 5,255.25 5,365.36 5,425.42 5,525.52 96 %96% 4,834.83 4,944.94 4,994.99 5,085.08 99 %99% 4,724.72 4,824.82 4,874.87 4,964.96

Преимущества настоящего изобретенияAdvantages of the present invention

Настоящее изобретение обладает следующими преимуществами по сравнению с уровнем техники в целом:The present invention has the following advantages over the general state of the art:

• Лучшая износостойкость благодаря локальному более высокому об.% TiC в гранулах (чего практически невозможно достичь с помощью технологий СВС уровня техники)• Better wear resistance due to locally higher vol% TiC in the pellets (which is nearly impossible to achieve with prior art SHS technologies)

• Улучшение износостойкости или механических свойств износной детали за счет подбора размера и объемного содержания карбида титана и использования комбинации связующего в виде металлической фазы (первой металлической матрицы), например, марганцовистой стали с высокими механическими свойствами, в гранулах металлокерамического композита TiC, с литейным сплавом (второй металлической матрицей), таким как, например, высокохромистый белый чугун, для износной детали, причем первая металлическая матрица отличается от второй металлической матрицы.• Improving the wear resistance or mechanical properties of a wear part by selecting the size and volume content of titanium carbide and using a combination of a binder in the form of a metal phase (first metal matrix), for example, manganese steel with high mechanical properties, in granules of a ceramic-metal composite TiC, with a cast alloy ( a second metal matrix), such as, for example, high chromium white cast iron, for a wear part, the first metal matrix being different from the second metal matrix.

• Лучшая износостойкость или механические свойства износной детали благодаря более низкой пористости и/или меньшему количеству дефектов трещинного типа, поскольку во время заливки не образуется газ, и дисперсия TiC является однородной.• Better wear resistance or mechanical properties of the wear part due to lower porosity and/or fewer crack type defects because no gas is generated during pouring and the TiC dispersion is homogeneous.

• Большая безопасность при производстве, так как не будет проходить опасная экзотермическая реакция с выделением горючих газов или выбросами расплавленного жидкого металла во время заливки.• Greater safety during production, as there will be no dangerous exothermic reaction with the release of combustible gases or emissions of molten liquid metal during pouring.

• Большая безопасность при производстве благодаря обращению с менее опасным сырьем для изготовления гранул (порошок Fe является менее взрывоопасным порошком, чем Ti, который является в высокой степени взрывоопасным порошком).• Greater production safety due to the handling of less hazardous pellet raw materials (Fe powder is a less explosive powder than Ti, which is a highly explosive powder).

Claims (30)

1. Композитный литой изнашиваемый компонент с иерархической структурой, содержащий армирование в рабочей поверхности изнашиваемого компонента, при этом армирование содержит:1. Composite cast wear component with a hierarchical structure, containing reinforcement in the working surface of the wear component, while the reinforcement contains: трехмерно связанную сеть периодически чередующихся миллиметровых металлокерамических композитных гранул с миллиметровыми промежутками;a three-dimensionally connected network of periodically alternating millimetric cermet composite pellets with millimeter gaps; при этом металлокерамические композитные гранулы имеют пористость менее 5 об.% и содержат по меньшей мере 52 об.% микрометровых частиц карбида титана, внедренных в первую металлическую матрицу;wherein the ceramic-metal composite granules have a porosity of less than 5 vol.% and contain at least 52 vol.% micrometer particles of titanium carbide embedded in the first metal matrix; при этом трехмерно связанная сеть металлокерамических композитных гранул с промежутками внедрена во вторую металлическую матрицу, причем вторая металлическая матрица инфильтрирует в промежутки между связанными металлокерамическими композитными гранулами трехмерно связанной сети и заполняет их;wherein the three-dimensionally bonded network of cermet composite beads is interspersed with a second metal matrix, wherein the second metal matrix infiltrates and fills the spaces between the bonded ceramic-metal composite beads of the three-dimensionally bonded network; при этом объемное содержание металлокерамических композитных гранул в указанном армировании составляет от 45 до 65 об.%; иwhile the volume content of ceramic-metal composite granules in the specified reinforcement is from 45 to 65 vol.%; and первая металлическая матрица отличается от второй металлической матрицы, где вторая металлическая матрица содержит литейный железный сплав.the first metal matrix is different from the second metal matrix, where the second metal matrix contains a cast iron alloy. 2. Композитный литой изнашиваемый компонент с иерархической структурой по п. 1, в котором внедренные металлокерамические композитные гранулы имеют средний размер частиц d50 от 0,5 до 10 мм, причем средний размер частиц измерен путем получения фотомикрографической панорамы шлифованного поперечного сечения образца таким образом, чтобы в поле зрения было по меньшей мере 250 металлокерамических гранул, с помощью сшивания с использованием компьютерной программы и оптического микроскопа, где подходящая бинаризация позволяет сегментировать изображение в оттенках серого на гранулы и фон.2. Composite cast wear component with a hierarchical structure according to claim 1, in which the embedded ceramic-metal composite granules have an average particle size d 50 from 0.5 to 10 mm, and the average particle size is measured by obtaining a photomicrographic panorama of the ground cross section of the sample in such a way, so that there are at least 250 cermet beads in the field of view by stitching using a computer program and an optical microscope, where suitable binarization allows the grayscale image to be segmented into grains and background. 3. Композитный литой изнашиваемый компонент с иерархической структурой по п. 1, в котором внедренные частицы карбида титана имеют средний размер частиц d50 от 0,1 до 50 мкм.3. Composite cast wear component with a hierarchical structure according to claim 1, in which the embedded particles of titanium carbide have an average particle size d 50 from 0.1 to 50 μm. 4. Композитный литой изнашиваемый компонент с иерархической структурой по п. 1, в котором первая металлическая матрица выбрана из группы, состоящей из сплава на основе железа, сплава на основе ферромарганца, сплава на основе феррохрома и сплава на основе никеля. 4. The hierarchical composite cast wear component of claim 1, wherein the first metal matrix is selected from the group consisting of an iron-based alloy, a ferromanganese-based alloy, a ferrochromium-based alloy, and a nickel-based alloy. 5. Композитный литой изнашиваемый компонент с иерархической структурой по п. 1, в котором вторая металлическая матрица содержит высокохромистый белый чугун или сталь.5. The hierarchical composite cast wear component of claim 1, wherein the second metal matrix comprises high chromium white cast iron or steel. 6. Способ изготовления композитного литого изнашиваемого компонента с иерархической структурой по любому из пп. 1-5, включающий следующие стадии:6. A method of manufacturing a composite cast wear component with a hierarchical structure according to any one of paragraphs. 1-5, including the following steps: a) обеспечение или изготовление металлокерамических композитных гранул, содержащих по меньшей мере 52 об.% микрометровых частиц карбида титана, внедренных в первую металлическую матрицу, причем металлокерамические композитные гранулы имеют пористость менее 5 об.%;a) providing or manufacturing cermet composite pellets containing at least 52 vol.% micrometer particles of titanium carbide embedded in the first metal matrix, and cermet composite pellets have a porosity of less than 5 vol.%; b) изготовление трехмерно связанной сети периодически чередующихся миллиметровых металлокерамических композитных гранул с миллиметровыми промежутками из гранул со стадии а);b) fabricating a three-dimensionally bonded network of periodically alternating millimetric cermet composite pellets with millimeter gaps from the pellets of step a); c) помещение трехмерно связанной сети, полученной на стадии b), в часть объема пресс-формы для композитного литого изнашиваемого компонента с иерархической структурой, который необходимо отлить;c) placing the three-dimensionally connected network obtained in step b) into a part of the mold volume for the composite cast wear component with a hierarchical structure to be cast; d) заливка второй металлической матрицы, содержащей литейный железный сплав и одновременная инфильтрация миллиметровых промежутков трехмерно связанной сети, помещенной согласно стадии с), второй металлической матрицей;d) pouring a second metal matrix containing a cast iron alloy and simultaneously infiltrating millimetric gaps of a three-dimensionally bonded network placed according to step c) with a second metal matrix; e) извлечение композитного литого изнашиваемого компонента с иерархической структурой из пресс-формы.e) removing the composite cast wear component with the hierarchical structure from the mould. 7. Способ изготовления композитного литого изнашиваемого компонента с иерархической структурой по п. 6, в котором стадия а) включает следующие стадии:7. A method for manufacturing a composite cast wear component with a hierarchical structure according to claim 6, wherein step a) comprises the following steps: - размол порошковых композиций, содержащих TiC и первую металлическую матрицу, в присутствии растворителя;- grinding powder compositions containing TiC and the first metal matrix, in the presence of a solvent; - смешивание с порошковой композицией от 1 до 10 %, предпочтительно от 1 до 6 % воска;- mixing with the powder composition from 1 to 10%, preferably from 1 to 6% wax; - удаление растворителя вакуумной сушкой с получением агломерированного порошка;- removing the solvent by vacuum drying to obtain an agglomerated powder; - уплотнение агломерированного порошка в ленты, листы или пруты;- compaction of the agglomerated powder into strips, sheets or rods; - дробление лент, листов или прутов на гранулы;- crushing tapes, sheets or rods into granules; - спекание при температуре 1000–1600°C в вакуумной печи или печи с инертной атмосферой до достижения пористости металлокерамических гранул менее 5 об.%. - sintering at a temperature of 1000–1600°C in a vacuum furnace or an inert atmosphere furnace until the cermet granules porosity is less than 5 vol.%. 8. Способ по п. 7, в котором стадию размола порошковых композиций, содержащих TiC и первую металлическую матрицу, в присутствии растворителя проводят до достижения среднего размера частиц d50 от 1 до 20 мкм, предпочтительно от 1 до 10 мкм, причем размер частиц порошка измерен с помощью лазерной дифракции.8. The method according to p. 7, in which the stage of grinding powder compositions containing TiC and the first metal matrix, in the presence of a solvent, is carried out until an average particle size d 50 is reached from 1 to 20 μm, preferably from 1 to 10 μm, and the particle size of the powder measured by laser diffraction. 9. Способ по п. 7 или 8, в котором гранулы, полученные в результате дробления лент, листов или прутов, имеют средний размер частиц d50 от 0,5 до 10 мм, предпочтительно от 1 до 5 мм, при этом размер гранул измерен с помощью динамического анализа изображений.9. The method according to claim 7 or 8, in which the granules obtained by crushing tapes, sheets or rods have an average particle size d 50 from 0.5 to 10 mm, preferably from 1 to 5 mm, while the size of the granules is measured using dynamic image analysis. 10. Способ изготовления композитного литого изнашиваемого компонента с иерархической структурой по п. 6, в котором стадия b) включает следующие стадии:10. The method for manufacturing a composite cast wear component with a hierarchical structure according to claim 6, in which step b) includes the following steps: - смешивание металлокерамических композитных гранул с от 1 до 8 мас.%, предпочтительно от 2 до 6 мас.% клея;- mixing cermet composite granules with from 1 to 8 wt.%, preferably from 2 to 6 wt.% adhesive; - заливка смеси и ее уплотнение в первой пресс-форме;- pouring the mixture and compacting it in the first mold; - сушка смеси при подходящих температуре и продолжительности для удаления растворителя из клея или обеспечения затвердевания;- drying the mixture at a suitable temperature and duration to remove the solvent from the adhesive or to allow curing; - извлечение высушенной смеси из пресс-формы и получение трехмерно связанной сети периодически чередующихся миллиметровых металлокерамических композитных гранул с миллиметровыми промежутками для использования в качестве армирования в подверженной износу части изнашиваемого компонента с иерархической структурой.- extracting the dried mixture from the mold and obtaining a three-dimensionally connected network of periodically alternating millimeter cermet composite granules with millimeter gaps for use as reinforcement in the wear part of the wear component with a hierarchical structure.
RU2021129012A 2020-03-27 2021-03-23 Composite worn component RU2779482C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20166110.5 2020-03-27
EP20166110.5A EP3885061A1 (en) 2020-03-27 2020-03-27 Composite wear component
PCT/EP2021/057409 WO2021191199A1 (en) 2020-03-27 2021-03-23 Composite wear component

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021129012A RU2021129012A (en) 2021-12-24
RU2779482C2 true RU2779482C2 (en) 2022-09-07

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2020042C1 (en) * 1990-09-19 1994-09-30 Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" Method of manufacture of composite material castings on metal base
RU2246379C1 (en) * 2004-02-25 2005-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method for producing composition material
RU2536847C2 (en) * 2009-06-03 2014-12-27 Виланд-Верке Аг Method of producing composite material with metal matrix
CN108380850A (en) * 2018-03-28 2018-08-10 昆明理工大学 A kind of wear-resisting rake teeth tooth head of ceramic particle multi-scale enhancement metal-based compound and preparation method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2020042C1 (en) * 1990-09-19 1994-09-30 Акционерное общество открытого типа "Всероссийский алюминиево-магниевый институт" Method of manufacture of composite material castings on metal base
RU2246379C1 (en) * 2004-02-25 2005-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method for producing composition material
RU2536847C2 (en) * 2009-06-03 2014-12-27 Виланд-Верке Аг Method of producing composite material with metal matrix
CN108380850A (en) * 2018-03-28 2018-08-10 昆明理工大学 A kind of wear-resisting rake teeth tooth head of ceramic particle multi-scale enhancement metal-based compound and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7177290B2 (en) Manufacturing method for hierarchical composite casting wear parts
KR101614180B1 (en) Hierarchical composite material
CN102176973B (en) Composite impactor for percussion crushers and manufacture method thereof
CN102159740B (en) Composite tooth for processing ground or rock
US20210131076A1 (en) Composite tooth with frustoconical insert
US20240035124A1 (en) Hierarchical composite wear part with structural reinforcement
RU2779482C2 (en) Composite worn component
EP4155008A1 (en) Composite wear component
EP4299209A1 (en) Metal matrix composite grinding ball
EP4299316A1 (en) Metal matrix composite grinding ball with structural reinforcement
CN115867390A (en) Composite wear part