SU852486A1

SU852486A1 - Method of protecting high-pressure chamber female die from erosion

Info

Publication number: SU852486A1
Application number: SU792722830A
Authority: SU
Inventors: Леонид Александрович Сосновский; Геннадий Гаврилович Карюк; Владимир Алексеевич Шишкин; Евгений Артемьевич Зайцев
Original assignee: Ордена Трудового Красного Знамениинститут Проблем Материаловеденияан Украинской Ccp
Priority date: 1979-02-12
Filing date: 1979-02-12
Publication date: 1981-08-07

Description

Изобретение относится к устройствам для получения высоких и сверхвысоких давлений и высоких температур и может найти применение в инструментальной промышленности, а именно при получении поликристаллов сверхтвердых материалов на основе плотных модификаций нитрида бора и алмаза.The invention relates to devices for producing high and ultra-high pressures and high temperatures and can find application in the tool industry, namely, in the preparation of polycrystals of superhard materials based on dense modifications of boron nitride and diamond.

При получении поликристаллов сверхтвердых материалов выход, качество и стоимость получаемого продукта в значительной степени определяются стойкостью камер высокого давления. Выход из строя камер высокого давления обусловлен преимущественно эрозионным износом их наиболее тяжело нагруженных элементов — матриц.Upon receipt of polycrystals of superhard materials, the yield, quality and cost of the resulting product are largely determined by the resistance of high-pressure chambers. The failure of high-pressure chambers is mainly due to erosion wear of their most heavily loaded elements - matrices.

Эрозионный износ матриц способствует не только их преждевременному разрушению, но и препятствует достижению необходимого давления. Быстрый выход из строя матриц удорожает стоимость получаемых поликристаллов.The erosive wear of the matrices contributes not only to their premature destruction, but also prevents the achievement of the necessary pressure. Rapid failure of matrices increases the cost of the resulting polycrystals.

Известен способ защиты от эрозии матрицы камеры высокого давления (реализованный в устройстве), при котором к матрице порошком прикрепляют тугоплавкую металлическую накладку через диск из термоизоляционного материала [1].There is a method of protection against erosion of the matrix of the high-pressure chamber (implemented in the device), in which a refractory metal plate is attached to the matrix with powder through a disk of heat-insulating material [1].

Недостаток этого способа заключается в отставании накладки в процессе работы и ее быстрое разрушение из-за деформации термоизоляционного материала.The disadvantage of this method is the lag of the lining during operation and its rapid destruction due to deformation of the insulating material.

Поэтому применение известного способа позволяет незначительно увеличить срок 5 службы матриц.Therefore, the application of the known method allows to slightly increase the life of 5 matrices.

Целью изобретения является повышение срока службы матрицы камеры высокого давления.The aim of the invention is to increase the life of the matrix of the high-pressure chamber.

Поставленная цель достигается тем, что Ю защищаемую поверхность подвергают электроискровому легированию, после чего легированный участок диффузионно сваривают с металлической накладкой, причем в качестве легирующего материала выбирают ме15 таллы и их сплавы с температурой плавления 1083—1510°С.This goal is achieved by the fact that the surface to be protected is subjected to electrospark alloying, after which the alloyed section is diffusion welded with a metal plate, and metals and their alloys with a melting point of 1083-1510 ° C are chosen as the alloying material.

Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.

Рабочую поверхность матрицы, очищенную от загрязнений, подвергают электро2о искровому легированию любым известным способом: как вручную на вибрационных установках, так и на механизированных установках контактным или бесконтактным способами.The working surface of the matrix, cleaned of contaminants, is subjected to electro-spark doping in any known manner: both manually on vibration plants, and on mechanized plants by contact or non-contact methods.

Электроискровому легированию подвергают центральный участок рабочей поверхности диаметром 10—50 мм, но не менее диаметра контакта столбика спекаемой (реакционной) маосы с матрицей.The central portion of the working surface with a diameter of 10-50 mm, but not less than the diameter of the contact of the column of sintered (reaction) mosa with the matrix, is subjected to spark doping.

При электроискровом легировании мат3 рица является катодом.With electrospark alloying, the matrix is the cathode.

Для электроискрового легирования используют аноды произвольного сечения площадью 1,5—4,0 мм² различного'устройства: стержни из компактного материала, стержни, полученные сворачиванием в рулон фольги одного или нескольких металлов, компактные стержни, обернутые фольгой другого материала, стержни с гальваническим покрытием другого металла или сплава и т. д.For electrospark alloying, anodes of arbitrary cross section with an area of 1.5-4.0 mm ^{2 of} various devices are used: rods from a compact material, rods obtained by folding one or several metals into a roll of foil, compact rods wrapped in a foil of another material, rods with a galvanic coating other metal or alloy, etc.

Экспериментально установлено, что в качестве материала электрода следует применять металлы и их сплавы, обладающие температурой плавления в пределах 1083— 1510°С, т. е. металлы группы железа или медь, а также .их сплавы (стали, бронзы, латуни, тугоплавкие припои) и гетерогенные композиции с Мп, Си, Cr, Mo, Ti, Sn, Zn, V и другими металлами (Си—Мп, Си—Ni, Fe— Ti, Си—Sn, Ni—'Си и др.).It has been experimentally established that metals and their alloys having a melting point in the range of 1083-1510 ° C, i.e., metals of the iron or copper group, as well as their alloys (steel, bronze, brass, refractory solders, should be used as the electrode material). ) and heterogeneous compositions with Mn, Cu, Cr, Mo, Ti, Sn, Zn, V and other metals (Cu — Mn, Cu — Ni, Fe — Ti, Cu — Sn, Ni — Cu, etc.).

В результате электроискрового легирования на рабочей поверхности матрицы получают шероховатый слой металла, прочно приваренный к легированному участку, обладающий в силу дефектности повышенной способностью к диффузионному взаимодействию.As a result of electrospark alloying on the working surface of the matrix, a rough metal layer is obtained, which is firmly welded to the alloyed section, which, due to defectiveness, has an increased ability to diffusion interaction.

После проведения операции электроискрового легирования на легированный участок рабочей поверхности укладывают металлическую накладку, имеющую толщину 50—1000 мкм (предпочтительно 150— 300 мкм), произвольной формы (предпочтительно в .вцде круга) диаметром, близким к диаметру легированного участка.After the operation of electrospark alloying, a metal plate having a thickness of 50-1000 microns (preferably 150-300 microns) of arbitrary shape (preferably in the center of the circle) with a diameter close to the diameter of the alloyed section is laid on the alloyed section of the working surface.

Используют накладки из металлов и сплавов, имеющих температуру плавления 1455—3387°С (Ni, Fe, Со, Ti', Zr, W, Mo и др-), а также многослойные накладки, полученные совместной прокаткой или нанесением покрытия одного металла на лист другого металла.Lining is used from metals and alloys having a melting point of 1455–3387 ° C (Ni, Fe, Co, Ti ', Zr, W, Mo, etc.), as well as multilayer lining obtained by joint rolling or coating one metal on a sheet another metal.

Кроме того, для более гибкого регулирования пластичности и электропроводности рабочей поверхности возможно приваривание двух и более накладок, располагаемых одна над другом.In addition, for more flexible control of the ductility and conductivity of the working surface, welding of two or more plates located one above the other is possible.

Выбор металла (сплава) накладки определяется исходными параметрами процесса получения сверхтвердого материала: чем выше давление и температура, тем выше температура плавления металла (сплава) из которого изготовлена накладка.The choice of metal (alloy) of the lining is determined by the initial parameters of the process of obtaining superhard material: the higher the pressure and temperature, the higher the melting temperature of the metal (alloy) of which the lining is made.

При этом в зависимости от материала матрицы предпочтительно использовать следующие пары накладка—анод.Moreover, depending on the matrix material, it is preferable to use the following overlay – anode pairs.

При использовании твердосплавных матриц из сплавов ВК, ТНМ применяют накладки из Ti, Zr, Mo, W сплава Ti—Mo, электроискровое легирование производят электродами из Fe, Х18Н10Т, нихрома.When carbide matrices made of VK and TNM alloys are used, overlays of Ti, Zr, Mo, W Ti — Mo alloys are used; spark-doping is performed with electrodes made of Fe, X18H10T, and nichrome.

При использовании сплавов типа ферротик с большим содержанием связки, а такЗаказ 5896 Изд. № 510 же стальных матриц применяют накладки из Fe, Ni, Со, нержавеющей стали, электроискровое легирование при этом производят электродами Ni—Ti, Fe—Ti, близким по со5 ставу к составу эвтектик на основе металла группы железа, самофлюсующиеся сплавы типа «колм|Оной» на основе никеля, Сг—Мп и Си—Ni припои.When using alloys of the type ferrotic with a high binder content, as well as Order 5896 Ed. No. 510 of steel matrices, plates of Fe, Ni, Co, stainless steel are used, while spark-doping is performed with Ni – Ti, Fe – Ti electrodes, which are close in composition to the composition of eutectics based on the metal of the iron group, self-fluxing alloys of the Colm | One ”based on nickel, Cr — Mn and Cu — Ni solders.

Сочетания накладка—анод позволяют 10 получать хорошее соединение накладки с матрицей.The combination of an overlay – anode allows 10 to obtain a good connection between the overlay and the matrix.

Предпочтительно использование жести (фолы) из Fe, Ti, Мо как наиболее дешевых и недефицитных.It is preferable to use tin (fouls) of Fe, Ti, Mo as the cheapest and most deficient.

Наложенную на легированные участки матриц накладку подвергают диффузионной сварке любым известным способом с поверхностью' легированных участков. Предпочтительно проведение этой операции 20 на прессах для получения сверхтвердых материалов ,в течение 10—120 с, при давлении более 5 кбар и температуре 1000—1600°С.The overlay superimposed on the doped sections of the matrices is subjected to diffusion welding by any known method with the surface of the doped sections. It is preferable to carry out this operation 20 on presses to obtain superhard materials, for 10-120 s, at a pressure of more than 5 kbar and a temperature of 1000-1600 ° C.

В результате приложения высоких давления и температуры в зоне диффузионной 25 сварки происходит смятие слоя металла, нанесенного электроискровым легированием, облегченное дефектностью этого слоя; контактное взаимодействие слоя с накладкой с образованием плотного сварного шва, 30 диффузия металла слоя в материал накладки и в сплав, из которого изготовлена матрица; изотермическая кристаллизация .сварного шва.As a result of the application of high pressures and temperatures in the diffusion welding zone 25, the metal layer caused by electrospark alloying is crushed, facilitated by the defectiveness of this layer; contact interaction of the layer with the overlay with the formation of a tight weld, 30 diffusion of the layer metal into the overlay material and into the alloy of which the matrix is made; isothermal crystallization of the weld.

- В результате протекания описанных 35 превращений накладка прочно сваривается с поверхностью матрицы с образованием на рабочей поверхности плотного слоя, обладающего малым электрическим сопротивлением.- As a result of the described 35 transformations, the patch is firmly welded to the matrix surface with the formation on the working surface of a dense layer having a low electrical resistance.

Матрицу с приваренной накладкой используют так же, как и обычную.A matrix with a welded on pad is used in the same way as a regular one.

Сравнительные испытания известного и предложенного способов показали, что последний позволяет повысить срок службы 45 матриц в 1,5—1,8 раза без увеличения их стоимости, упростить их конструкцию и увеличить надежность.Comparative tests of the known and proposed methods have shown that the latter allows to increase the life of 45 matrices by 1.5-1.8 times without increasing their cost, simplify their design and increase reliability.

Claims

Claim

A method of protection against erosion of the matrix of a high-pressure matrix, such as attaching a metal lining to the matrix, with the exception that, in order to increase the life of the matrix, the protected surface is subjected to electrospark spark doping, and then doped the section is diffusely welded with a metal plate, moreover, metals and their alloys with a melting point of 1083-1510 ° C are chosen as the alloying material.