SU1227338A1

SU1227338A1 - Способ получени спеченных твердосплавных слоистых изделий

Info

Publication number: SU1227338A1
Application number: SU843730859A
Authority: SU
Inventors: Пауль Карлович Каллас; Якоб Паулович Кюбарсепп; Юрий Юрьевич Пирсо; Лео Эрнстович Вальдма; Харри Паулович Рохтла; Яан Мартинович Саарсе
Original assignee: Таллинский Политехнический Институт; Завод "Ильмарине" Им.60-Летия Ссср
Priority date: 1984-01-16
Filing date: 1984-01-16
Publication date: 1986-04-30

Description

Изобретение относитс к пороупсо- вой металлургии, в астности к способам изготовлени комбинированных изделий из разнородных порошковых твердых сплавов.

Цель изобретени снизкение короблени изделий.

Способ осуществл ют следующт.-:: образом.

После изготовлени и подготовки порошков твердых сплавов определ ют объем и пористость каждого сло издели . На основе этих данных определ ют массу прибавки, вводимой в порошок с меньшей удельной поверхностью , по формуле

/(f -fz) --g

где V плотность добавл емого материала;

V - объем сло из поро1 ка с меньшей усадкой (малокарбидный слой с меньшей пористостью и удельной поверхностью ) после спекани , опред,е- л емый на основе чертежа слоистого издели

Е) - коэффициент объемной усадки материала сло из порошка с большей усадкой (многокарбидлый слой с большей пористостьЕО и удельной поверхностью ) 5 определ емый эксперш-ieH- тально (из названного порошка прессетс и спекаетс образец по таким же режимам, что и слоистое изделие)

с V.p

С, - j .,

1о I

г де У,р - объем образца после прессовани ;

V,-2 - объем образца после спека-- ни ;

2 - коэффициент объемной усадк материала сло из порошка с м:еньшей усадкой (малокарбидный слой с t-.ieHiam пористостью и удельной поверхностью определ емый экcпepи leнтaльпo (из названного порошка прессуетс и спекаетс образец по таким же режра- ам, что и слоистое изделие)| с

где объем образца после прессовани ;

- объем образца после спекг,- ни ,

6 - объемна дол улетучивающис компонентов добавки - онредел ет с на основании формулы химической реакции разложени прибавки. Если

прибавка полностью улетучиваетс , то . Если носле реакции от присадки в материале сло остаетс компонент А металлической св зки, то ег о масса равна (l-0j, а на величину тПд уменьшаетс содержание компонента А в металлической св зке этого сло .

Зависимость дл определени массы прибавки получена следующим образом. Из определени f, и f следует, что , 2 т.е. усадка в первом слое больше. Дл получени такой же усадки во втором слое объем этого сло после прессовани должен быть V f, что достигаетс применением присадки. Без прибавки обьем второго сло после прессовани будет Vfg Разнице объемов V 5, -V-f должна равн тьс та часть объема присадки, котора

т9 улету -гиваетс , т.е. -;

То гда п ол учим: т9

1

- --- I/ -f, -V S;,

me- yv(e, -fe )

n, y3lilj:ll) tf

В качестве лрибавки примен етс такое порошкообразное вещество,- которое разлагаетс и улетучиваетс , на- пример хлористый аммоний, или уменьшаетс в объеме, например оксид железа ,во врем предварительного спекани

-В водороде, В качестве улетучивающихс веществ могут быть использованы кроме хлористого аммони и другие вещества, напрШ5ер гидрофосфат аммони . В качестве веществ, объем которьк уменьшаетс вследствие химических .реакций, могут быть использованы ifpOMe оксидов железа и другие вещества , например гидроксид железа, азотистое железо, углекислое железо.

5 Последовательно засыпают порошки послойно в пресс-форму, прессуют, спекают предварительно в среде за- HiHTHoro газа, например в водороде, и окончательно - с образованием жид0 кой фазы в вакууме.

При предварительном спекании за счет улетучшзани из сло порошка с прибавкой части или всех KOMrtoHeHTOB 5 прибавки достигаетс одинакова пористость всех слоев, что в свою очередь обеспечивает при дальнейшем жидкофазном спекании одинаковую усадку слоев. Следовательно, детали после охлаждени не короб тс .

Дл осуществлени предлагаемого способа используют завихритель паро механической форсунки.

На фиг. 1 изображен завихритель паромеханической форсунки, продольн разрез; на фиг. .2 - то же, вид снизу; на фиг. 3 - то же, вид сверху.

Завихритель паромеханической форсунки состоит из топливной 1 и паровой 2 частей. Топливна часть 1 включает тангенциальные каналы 3 топлива, камеру 4 завихрени топлива и сопло 5 топлива. Парова часть 2 включает тангенциальные каналы 6 пара и камеру 7 завихрени пара.

Завихритель паромеханической форсунки изготовл ют из порошкового карбидотитанового слоистого сплава двух составов таким образом, что в слое топливной части I, который подвергаетс гидроабразивному износу, в качестве матрицы примен етс стал а в слое паровой части 2, который подвергаетс коррозии, - нержавеюща сталь.

Примеры изготовлени слоистых изделий.

Дл изготовлени топливной части 1 завихрител паромеханической форсунки (фиг. 1)используют сплав, содержащий , мас.%Г-90 СгдС, 9,4 Ni, 0,6 Р и имеющий высокую твердость и износостойкость, но относительно низкую прочность (бу 500-600 МПа). Дл изготовлени паровой части 2 (фиг. 1) используют сплав, содержа- щий, мас.%: 70 , 30 Ni и имеющий значительно большую прочность при изгибе (uu- 1000-1200 МПа). Сплав дл изготовлени топливной части дополнительно легирован фосфором с целью уменьшени температуры спекани сло и достижени таким образом одинаковой температуры спекани обоих слоев ( 1280 с).

Дл изготовлени 1 кг сплава КХЛФ-10 900 г порошка карбида хрома (ТУ 48-19-294-78), 40,1 г порошка фосфида никел NijP, содержащего 6 г фосфора, 59,9 г порошка никел ПНЭ-1 ГОСТ 9722-61 с учетом Ni (34,2 г) в фосфиде) и 500 мл этилового спирта загружают в шаровую мельницу .

Дл изготовлени 1 кг сплава КХН-30 700 г порошка карбида хрома, 300 г порошка никел ПНЭ-1 и 500 мл

273384

этилового спирта загружают в шаровую мельницу.

Дл размола обоих смесей в шаровую мельницу дополнительно загружа- 5 ют 5 кг твердосплавных шаров и I кг порошковой шихты. Продолжительность размола 72 ч. После сушки и пластифицировани 4%-ным раствором каучука в бензине и гранулировани про- 10 извод т совместное прессование обоих слоев при удельном давлении 100 МПа.

Предварительное спекание производ т

о в водороде при 700-750 С в течение

30 мин и окончательное - в водороде 15 при 1280 С в течение 15 мин. Окончательное спекание можно провести также в вакууме.

Несмотр на одинаковые режимы размола, прессовани и спекани об- 20 разцы из. сплавов КХНФ 10 и КХН 30 имеют неодинаковые усадки. Экспериментально определенные коэффициенты обьемной усадки этих сплавов соответственно 1,75 дл сплава КХИФ 10 5 и 1,86 дл сплава КХН 30.

С целью обеспечени одинаковой пористости и усадки обоих слоев в порошок материала, имеющего меньшую усадку, прибавл ют вещество, полнос- Q тью разлагающеес на газовые компоненты при температуре предварительного спекани - бикарбонат аммони . В качестве гидроокисла и соли никел , которые во врем предварительного спекани в водороде уменьшаютс в объеме, можно примен ть гидроксид никел Ni(ОН)2 и гекса- гидрат нитрата никел Ni(NO)2 . Применение оксида никел NiO дл этой цели в данном примере невозможно , поскольку эффект уменьшени его объема недостаточен дл достижени поставленной цели ( плотности NiO и . Ni слишком близки друг к другу fi поэтому необходимое количество NiO оказываетс слинжом большим. Бикарбонат аммони , гексагидрат никел и гидроксид никел добавл ют в размоль- ньш барабан за 3-4 ч до окончани размола .

0 Количество добавл емого вещества определ ют следующим образом. Прибавление )f l,58 г/см - плотность прибавки NKjIiCO, ;

5 см - объем материала сло из порошка с меньшей усадкой (объем I кг компактного материала КХНФ-10 плотностью 6,8 г/см );

5

0

5

f, 1,86 - коэффициент объемной усадки материала сло из порошка с большей усадкой (КХН-30);

2 1,75 - коэффициент объемной усадки материала сло из порошка с меньшей усадкой ();

- как бикарбонат аммони , так и хлористый аммоний улетучиваетс полностью.

Требуемое количество бикарбона аммони в слое с меньшей усадкой п 1,58°U7(1,86-1,75)

1 прибавление Ni (ОН)

ТГ1

25,55

,1 г/

см

.

см

f,1,86;

f,,75;

0 0,708 дл гидроксида никел онредел гот на основании формулы химических реакций

(при 230°С)

М1(ОН),НР

NiO+H.Ni+H20

или суммарной реакции

Ni(OH) +H2 Ni+2H20

. ™

Требуемое количество Mi (OH),j, ,г:

„, iJ:JAZiM6zLI5).93 6

m yj,b

После восстановительных реакций в водородной печи у такого количества NiCOH) остаетс никел (l-- 6)93,6(1-0,708)27,3 г

На 27,3 г уменьшают количество никелевого порошка в пороп1козой шихте КХНФ-10,

Прибавление Ni(N0 )-бН О.

,04 г/см%

Е,1,86;

.1,75;

,95 определ ют на основании суммарной формулы xим rчecкoй реакции

При температурах из гекса- гидрата нитрата никел выдел етс вода, а при более высоких температурах Ni (N0, )2- KiO, котора восстанавливаетс водородом Ni(NO),,-6H,,0+4Hj Ni+2NO+10H,0

0 lAlil-lzi-o 95 142,5 Требуемое количество прибавк},г:

2,04-147(1,86-1,75),, 1д ОДГ

После предварительного спекани в водороде от такого количсст а

273386

Ni (NO.j)2-6H,,0 остаетс Ni в количестве , г:

г,( I - 34 , 7 (1 -0, 95) 1 ,73 Это необходимо учитывать при сос- 5 тавлеиии порошковой шихты.

Лд изготовлени топливной части 1 зави хритёл паромеханической форсунки (фиг. 1) примен ют сплав, содержащий, мае.%: 80 TiC и 20 из- 0 носостойкой стали, синтезированной из элементо з (Fp-f-12 Сг+1 С). Дл изготовлени 1 кг смеси 801,А г порошка карбида титана , содержащего 800 г Tic и 1,4 г углерода, 24 г

5 порошка электролитического хрома ПХС. 174,12 г порошка железа ПЖ4М2 (Г ОСТ 9849-74), содержащего 0,07% (0,12 г) углерода, 0,48 г порошка ламповой сажи (ОСТ 38.15.31-73)

2) и 600 мл этилового спирта загружают в шаровую мельницу.

После загрузки в мельницу 7 кг твердосплавных шаров смесь размалывают в течение 96 ч. После сушки

и-пластифицировани смеси 1%-ным

раствором каучука в бензине гранулированную смесь прессуют совместно с )зторым слоем при удельном давлении прессовани 10 МПа. После прес30 совани слой имеет пористость 44- 46 об./ . Далее следует предвари- гельпое спекание в водороде при 700-750°С в течение 30 мин и оконча- т ельное спекание н вакууме при

35 Г420°С в течение 30-40 мин.

Порошкова дл обра.зовани паровой части 2 завихрител имеет состав, содержаший мас.%: 40 TiC, (iiO нержавеющей стали, синтезиро1зан40 пой из элементов (Fe+17 Сг- -15 Ni+

, 1 С). Смесь размальшают в шаровой м 2льн}П1,е твердосгглавными шарами в те- 48 ч с соотношением массы ша- )ов к массе шихты, равным 3,1. После

45 rujicушивани , пластиф цировани , гра- . пу.гп-1рованп и пресг:о}зани при таком же удельном давлении, как и первого сло ( 1 О МПа), пористость второго сло 38-40 об.л. Таким образом,

50 пористости слоев различаютс приблизительно на 6 об.2 и, следовательно, различаютс в значительной степени и усадки слоев, что приводит к короблению детали.

С целью обеспечени одпнаково й пористости слоен после предварительного спекани в во,ч,ороде в порошко- ную шихту ввод т закись - окись железа FejO, уменьшающуюс в объеме во врем предварительного спекани в водороде из-за прохождени реакции восстановлени водорода.

Количество добавки определ ют следующим образом.

,11 г/см - плотность закиси окиси железа ;

г, 1,82;

5, 1,64;

,533 дл закиси - окиси желез определ ют на основании формул химических реакций

Fe 04+4H 3Fe+4K20

Я - 5,4-21,2

45-4u,:)JJ

Требуемое количество закиси - окиси железа, г:

5,11-160(1,82-1,64) „,,

.После реакции восстановлени закиси - окиси железа водородом в матриале от присадки остаетс же

273388

лезо в количестве, г: ( 276(1-0,533)127.

На 27 г уменьшают количество железного порошка в порошковой П1ихте твердого сплава.

Экспериментально определены чины короблени двух типов деталей: jg завихрителей диаметррм27 мм и призматических образцов сечением мм и длиной 50 мм (после спекани ). Обе детали изготовл лись двухслойньми из порошковых карбидотитановых, карбидохро- мовых и карбидовольфрамовых твердых сплавов известным и предлагаемым способами.

Из полученных данных следует, что использование предлагаемого способа , позвол ющего достигать одинаковых величин усадок слоев твердосплавных слоистых изделий, в значительной степени уменьшает коробление изделий. Предлагаемый способ может быть использован не только дл изготовлени двухслойных, но также и многослойных изделий.

15

20

25

ф1/г.2

Составитель И. Пойменова Редактор А. Ревин Техред В.Кадар-Корректор М. Шароши

Заказ 2245/11Тираж 757Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, Ул. Проектна , 4

фиг.З

Claims

: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ СЛОИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ, (Включающий послойную засыпку порошков в пресс-форму, совместное прессование слоев, предварительное спекание прессовок в среде защитного газа и спекание в вакууме, о т л ичающийс я тем, что, с целью снижения коробления изделий, в порошок с меньшей усадкой прибавляют в порошковом виде окись, гидроокись или соль одного из компонентов металлической связки, или соли аммония, причем масса добавляемого вещества определяется по формуле _m= y^y(g. ~£_t) θ

где у - плотность добавляемого материала;

V - объем слоя из порошка с меньшей усадкойJ

- коэффициент объемной усадки слоя из порошка с большей усадкой;

- коэффициент объемной усадки ₍слоя из порошка с меньшей усадкой;

Θ - объемная доля улетучивающихся компонентов добавки.