SU1037832A3 - Способ изготовлени спеченных изделий - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ИЗГОТОЙЛЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ, включак цкй предварительное формование заготовки из порошка , помещение ее в открытый сосуд, заплавление заготовки в стекломате- . риал путем нагрева до температуры образовани  расплава с размещением заготовки ниже уровн  последнего и гор чее изостатическое прессование, отличающийс  тем, что, с целью, упрощени  процесса и исключени  повреждени  изделий, гор чее изостатическое прессование осуществл ют путем передачи давлени  спомощью газообразной среды на .поверхность расплава. 2 Способ по П.1, о т л. и ч а ющ и и с   тем, что передачу давлени  на расплав осуществл ют при в зкости его не более 10 П. 3. Способ по ПП.1 и2, о т л ичающийс  тем, что в качестве исходного порошка берут материал на основе :нитрида кремни , а в качест ве.стекломатериала - борное стекло. СО vl OP ОО IsD

Description

Изобретение относитс  к порошков металлургии, в частности к .способам изготовлени  спеченных изделий из металлического или- керамического ма териала путем гор чего изостатического прессовани . Известен способ изготовлени  спеченных изделий из порошковых материалов , включающий загрузку порош в оболочку, уплотнение, вакуумирова ние, герметизацию и гор чее изостат ческое прессование, В качестве мате риала оболочки может быть использовано стекло. Использование стекл нных оболбче имеет преимущество в том, что стекл обладает хорошей пластичностью при высокой температуре и легко снимает с  с готового издели . Кроме того, при использовании стекл нной оболоч ки заготовка из порошка может быть помещена в оболочку, котора  неточно пригнана по прессуемой детали Cl Недостатком способа  вл етс  то, что при изготовлении изделий сложной формы, имеющих резкие углы, кра  и тонкостенные выступающие части, например турбинных дисков с лопаст  ми, возникает опасность скоплени  стекла в углублени х и, вследствие этого, повреждени  частей прессуемо го издели , особенно тонкостенных выступающих частей. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  способ изготов лени  спеченных издeлиfJ, вк-лючающий предварительное формование заготовки из порошка, помещение ее в открытый сосуд, заплавление заготовки в стекл материал путем нагрева до. температуpii образовани  расплава последнего с размещением заготовки ниже уровн  расплава, и охлаждени , герметизацию сосуда, повторный нагрев и гор чее изостатическое прессование С2 . Недостатком известного способа  вл етс  трудоемкость процесса, св занна  с тем, что заплавление заготовки в стекломатериал осуществл ют в отдельном процессе, а также с тем что способ предусматривает двухкратное охлаждение и нагрев заготовки. Кроме того, во врем  такого повтор ю щегос  нагрева и охлаждени  трудно избежать повреждени  получаемых изделий , Целью изобретени   вл етс  упроще ние процесса и исключение повреждени  изделий. Эта цель достигаетс  тем, что согласно способу изготовлени  спеченных изделий, включающему предварительноеформование заготовки из порошка, помещение ее в открытый сосуд , заплавление заготовки в стекломатериал путем нагрева до температур ры образовани  расплава с размецение заготовки ниже уровн  последнего и гор чее изостатическое прессование, гор чее изостатическое прессование осуществл ют путем передачи давлени  с помощью газообразной среды на поверхность расплава, причем передачу давлени  на расплав осуществл ют при в зкости его не:более 10 П,а в качестве исходного порошка берут материал на основе нитрида кремни , в качестве стекломатериала - борное стекло. Сущность способа заключаетс  в следукедем . Предварительно сформованную из металлического или керамического порошка заготовкупомещсшт в открытый сосуд, имеющий стойкость к температуре , в окружающий заготовку материал, включающий стекло или вещество, образующее стекло после нагрева. Округ жающий материал превращаетс  в оболочку , непроницаемую дл  газа, прежде чем изостатическое давление будет приложено к сформованной заготовке. Окружающий стекломатериал превращают в расплав полностью или частичнос образованием расплавленной фазы, а заготовку размещают при этом ниже поверхности расплава. Затем осуи ествл ют гор чее изостатическое пре с9рвание путем передачи давлени  с помощью газооб- разной среды на поверхностТ расплава. Процесс ведут в нагреваемой камере высокого давлени . В качестве среды дл  осуществлени  способа используют инертные газы, Hanpaiep аргон или гелий, а также газообразнЕлй азот. В качестве исходного порошка берут порошок нитрида кремни  или материалов На его основе. Гор чее прессование изделкй из нитрида кремни  провод т при давлении , по крайней мере,iop МПа,. преимущественно 200-300 Ш1а, При использовании материалов с добавками, активизирующими спекание, JJaвлeниe составл ет по крайней мере 20 МПа. Температура гор чего прессовани  составл ет leOO-lQOO C, преимущественно 1700-1800с. В качестве материала сосуда используют графит, нитрил или молибден . Сдгекломатериал может быть использован в виде частиц стекла и в виде материала, образукаде17о стекло после нагрева, Заплавление заготовки в стекломатериал может быть осу1чествлено при подцерживании вакуума. В Этом случае гор чее прессование осуществл ют путем передачи давлени  на расплав с низкой в зкостью максималкно 10 П, например при 1-150 С. При этих УСЛОВИЯХ высокое давление может быть применено без риска повредить сформованную заготовку. Плотность стекла, которое используетс  при изготовлении изделий из нитрнца кремни , должна быть максимум 2,4 того, чтобы не воз никла опасность подъема заготовки до уровн  Bfcjme уровн  расплава. В ка честве стекломатериала, используё- г мого при изготовлении изделий из нит рида кремни , берут борное стекло, позвол ющее избежать проникновени  расплава стекла в предварительно сформованную заготовку. Стекломатерисш удал ют с поверхности спрессованного издели , например посредством обдувки. В качестве стекломатериала при из готовлении изделий из карбида кремни  берут кварцевое стеклоi Дл  предотвращени  проникновени  стекла в поры порошковой заготовки последн   может быть покрыта промежуточным слоем измельченного нитрид бора или измельченного стекла, имею щего более высокую температуру плав лени , чем у основного стекломатериала .. , На фиг.1 .изображена заготовка ко леса турбины дл  газотурбинного двигател , предварительно сфорМован на  из порошка нитрида кремни ; на фиг.2 - то же, осевое поперечное се чение; на фиг.З - заготовка, помеще на  в открытый сосуд стойкий к тем пературе, и окруженна  стекломатери лом. Предварительно спрессованна  заготовка представл ет собой колесо турбины, ииеющей ступицу 1, перемыч ку 2, борт 3 и лопасти 4. Перед гор чим изостатическим пре сованием заготовку размещают в сосу де 5, который открыт сверху, и окру жают стекломатериалом 6. Сосуд выпо нен из графита, и его внутренн   поверхность покрыта промежуточным слоем 7 из нитрида бора. Пример 1. Порошок нитрида . кремни  с размером частиц менее 5 мкм, содержащий примерно 0,5 вес. свободного кремни  и примерно 0,1 вес,% окиси магни , загружают в пластичную капсулу, например из пла тифицированного поливинилхлорида или резины. Капсулу герметизируют и подвергают прессованию на прессе при давлении 600 МПа в течение 5 ми После окончани  прессовани  капсулу удал ют с поверхности сформованной заготовки и последнюю обрабатывают до желаемой формы. Заготовка -имеет плотность 60%. Заготовку помещают в сосуд 5, открытый сверху, и окружают стекл нным порошком. Стекл нны порошок берут следую1цего состава: вес.%4 Si0280,3,B,j03l2,2, Ae., . Ioi20 4,К20 0,4, Со«00,3. Сосуд помещеиот в устройство дл  гор чего прессовани  и дегазируют при комнатной температуре в течение 2 ч. Затем температуру поднимают до 1150°С. Температуру поддерживают посто нной в течение 1ч, в результате чего происходит окончательна  дегазаци . Стекл нный порошок переходит в расплав- с низкой в зкостью. После этого подают аргон И-7Ш гелий до создани  давлени  200300 МПа. Затем температуру поднимают до 1700-1800С,. т.е. до температуры спекани  изделий из нитрида кремни . Врем  спекани  под давлением в указанных услови х составл ет 2ч. Стекло в затвердевшей фазе имеет такой же коэффициент теплового расширени , как у нитрида кремни , что обеспечивает хорО1чую воспроизводимость заданной конфигурации изделий. Заплавленное в стекло спрессованное изделие извлекают из сосуда и стекло затем удал ют из издели  посредством обдувки. Полученное изделие имеет плотность выие 99,5|. Пример 2. В качестве стекломатериала берут стекло, содержащее , вес.%: Si(96,7,63 Oj2, 9 и 0,4. Такое стекло переходит в расплав с низкой в зкостью только при 1600°С. Дл  предотвращени  диссоциации нитрида кремни , котора  может воз- . никнуть при такой температуре, массу стекла преобразуьэт в расплав при под- . держании давлени  с помощью газообразного азота. Сосуд с порошковой заготовкой и окружающим ее стекл нным порошком дегазируют в печном пространстве при комнатной температуре в .течение 2 ч. Печное пространство наполн ют азотом под атмосферным дав-пением а температуру поднимаютдо с последовательной подачей азота до давлени  0,1 МПа. При 1600 С стекло расплавл етс  и окружает полностью заготовку. После этого подают аргон или гелий, а гор чее прессование осуществл ют при 1700-1800°С и давлении 200-300 МПа. Поскольку стекло в данном случае имеет коэффициент теплового расшире-. ни , который отличаетс  от коэффициент та теплового расширени  нитрида кремни , то допускаетс  ограниченное 6хлазкдение печи. Спрессованное изделие со слоем стекла нагревают до 1800 С так, что стекло отходит от издели  и остаетс  тонкий слой. После охлаждени  до комнатной температуры остат1 и стекла удал ют обдувкой. Пример 3. Разъемную форму или изложницу, имеющую полость по форме, соответствующей турбинному диску, из,готовленную из материала на основе алк)моаиликата, заполн ют сферическим порошком сплава на железной основе, содержащего вес.%: углерода 0,18, хрома 11,5, кремни  0,25., молибдена 0,5, марганца 0,6, алюмини  4,4, фосфора 0,01, серы 0,01, никел  0,5, ванади  0,3, нио би  0,25, железа - остальное. Размер частиц используемого порошка менее 250 мкм. Порошок подве гают вибрационному воздействшо и спекают в вакууме при 1200°С в теч ние 2ч. Послеохлаждени  форму разбирают и извлекают пористую заг товку диска. Заготовку покрьшают промежуточным слоем толщиной 0,3 м мелкозернистого порошка высокоплав кого стекла, содержащего, вес,%: 51029б,7,В20э2,9 иАе20зО,4. Заготовку полностью погружают в графитовый тигель, в стекломатериал , содержащий вес.%: SiOj 80,3, ,2,АМ,2,8, Nct,0 4,0, 0,4 иСаОО,3. . Тигель помещают в печь высокого давлени -, провод т дегазацию в течение 2 ч при комнатной температуре и нагревают до 950с. При достижении температуры 95 ОС стекло спекаетс . Давление в печи увеличивают посредством накачивани  газообразного аргона., По мере подъема температуры до стекло переходит в расплав. При давлении 100 МПа эту температуру выдерживают в течение 2ч. После окончани  цикла полученное изделие охлаждают, извлекают из тигл  и отдел ют от стекла. ПЕ едлагаемый способ позвол ет получать издели  с высокой воспроиз- . водимостью сложной конфигурации и высокой плотностью. Способ прост в осуществлении, так как дл  достижени  высокой плотности изделий и воспроизведени  точндй конфигурации не требует проведени  отдельного процесса заплавлени  заготовок и операции герметизации.

/

Фив. 2

Claims (3)

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий предварительное формование заготовки из порошка, помещение ее в открытый сосуд, заплавление заготовки в стекломате- . риал путем нагрева до температуры образований расплава с размещением заготовки ниже уровня последнего и горячее изостатическое прессование, отличающийся тем, что, с целью, упрощения процесса и исключения повреждения изделий, горячее изостатическое прессование осуществляют путем передачи давления с помощью газообразной среды на поверхность расплава.

2. Способ по п.1, о т л й ча ю- - щ ий с я тем, что передачу давления на расплав осуществляют при вязкости его не более 10^е П.

3. Способ по пп.1 и’2, отличающийся тем, что в качестве исходного порошка берут материал на основе нитрида кремния, а в качест ве. стекломатериала - борное стекло.

СО м 00 СО го

1 1037832