Способ получения биметалла

(51) 5 В 23 К 20 ОО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(73) Научно-исследовательский и конструкторскийинститут монтажной технологии(57) Использование; в энергетическом химическом машиностроении, металлургическом производстве, Сущность изобретения: плакируемую заготовку после нанесения на нее промежуточного покрытия нагревают в среде водорода до температуры разложения окислов металла покрытия, в качестве которого берут материал, замедляющий охрупчивание материалов заготовок в зоне их контактагией взрыва, а соединение получают приложением к заготовкам давления. создаваемого энергией взрыва (см, заявку Японии М 64-3599, кл. В 23 К 20/08, 1989 г. принят за прототип),К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что при известном способе из-за наличия значительной степени наклепа промежуточных слоев после сварки взрывом существует большая вероятность их растрескивания при получении биметалла с применением сварки взрывом или прокатки. 50 55 Изобретение относится к технологии получения биметалла, преимущественно из материалов, образующих в соединении хрупкие прослойки, и может быть использовано в энергетическом, 5 химическом машиностроении, металлургическом производстве.Проблема производства биметалла заключается в получении биметалла без растрескивания промежуточных слоев. 10Известен способ металлургического соединения разнородных металлов, при котором размещают над плакируемой заготовкой промежуточный слой и сваривают заготовки сваркой взрывом (см. патент 15 Франции М. 2589378 кл. В 23 К 20/08, 1987).К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что при известном способе не обходима дополнительная фиксация промежуточного слоя для обеспечения за-зора между ним и плакируемой заготовкой. Кроме того, получение промежуточного слоя в виде листа или фольги из различных 25 металлов или сплавов очень малой толщины (в несколько микрон) может быть практически неосуществимо так же, как и их сборка с зазором под сварку взрывом.Известен способ плакирования сталь- ЗО ных плит титаном методом взрыва, при котором на плиты с помощью сварки взрывом последовательно наносят промежуточные слои см, заявку Японии М 63 - 56033, кл. В 23 К 20/08, 1988, 35К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, относится то, что при известном способе практически невозможно получение проме- "О жуточного слоя в виде листа или фольги очень малой толщины (в несколько микрон).Известен способ получения биметалла,. при котором на плакируемую заготовку наносят промежуточный слой покрытия энер Сущность изобретения заключается вповышении качества биметалла благодаряудалению с поверхности покрытия окислов,ускорению процесса диффузии как внутриметалла покрытия, так и материала покрытия н материал плакируемой заготовки, чтоповышает чистоту поверхности и пластические свойства металла покрытия и улучшаетсцепляемость покрытия с плакируемой иплакирующей заготовками.Это достигается тем, что при известномспособе получения биметалла, при которомна плакируемую заготовку наносят промежуточный слой покрытий, а соединение получают приложением к заготовкам давления,плакируемую заготовку после нанесенияпокрытия нагревают в среде водорода дотемпературы разложения окислов материала покрытия, а в качестве материала покрытия берут материал, устраняющий и/илизамедляющий охрупчивание материалов заготовок в зоне их соединения,Насрев плакируемой заготовки посленанесения покрытия способствует выравниванию состава покрытия, что повышает пластические свойства, а это снижаетвероятность образования в зоне соединения биметалла хрупких прослоек, повышаятем самым качество биметалла. Кроме того,использование в качестве материала покрытия материала, замедляющего охрупчивание материалов заготовок в зоне ихсоединения, устраняет возможность возникновения несплошностей в соединении,что также повышает качество биметалла.На основании изложенного можно сделать вывод, что признаки, изложенные вформуле изобретения, являются существенными,Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникаминформации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, чтозаявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичнымивсем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечнявыявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаковпозволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому.техническому результату отличительныхпризнаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения, Следовательно, изобретение соответствует критерию"новизна".Для проверки соответствия заявленного иэобретенитребованию изобретатель 2005030ского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известногоуровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень",Способ заключаются в следующем.На плакируемую заготовку плоской или цилиндрической формы наносят преимущественно методом металлизационного напыления промежуточный слой (покрытие) иэ материала, устраняющего или замедляющего в зоне соединения охрупчивание материалов заготовок, После нанесения покрытия плакируемую заготовку подвергают термической обработке с нагревом и охлаждением в печи с атмосферой водорода, При этом температура нагрева должна быть не ниже температуры распада окислов металла, образовавшихся на поверхности покрытия, Образовавшийся окисел распадается по заВисимостиМеО+ Нз = Ме+ Н 20 Щ Нагрев в атмосфере водорода значительно ускоряет процесс диффузии как внутри металла покрытия, так и материала покрытия в материал плакируемой заготовки, что способствует выравниванию состава покрытия, повышению пластических свойств металла покрытия и улучшению сцепляемости покрытия.с плакируемой заготовкой, Кроме того, нагрев устраняет внутренние напряжения и деформации возникающие в процессе нанесения покрытия.Все описанные процессыпроисходящие при нагреве и охлаждении плакируемой заготовки с покрытием в атмосфере водорода, облегчают процесс совместной пластической деформации, снижают интенсивность образования избыточных фаз,.устраняют воэможность возникновения несплошностей при дальнейшем соединении плакируемой заготовки с плакирующей.Покрытия могут наноситься на плакирующую заготовку с применением процессов металлиэационного наплавления, наплавки взрывного плакирования и т,п. При получении биметаллического соединения плакируемой заготовки с плакирующей могут применяться методы взрывного плакирования, горячей и холодной прокатки, диффузионной сварки и т.п.Толщина слоя нанесенного покрытия может быть ориентировочно определена по эмпирическим зависимостям, Так, например, в случае получения биметаллического соединения с применением взрывного плакирования для определения толщины промежуточного слоя может быть использованаследующая зависимость: д =(0,2 - 0,5)д"(2) нии биметалла взрывным плакированием. где дс - толщина промежуточного покры 10 тия;дп - толщина плакирующей заготовки;чо - скорость полета плакирующей заготовки;чк - скорость перемещения фронта кон 15 такта слоев.Материалом покрытия могут быть какчистые металлы, например никель, ниобий,тантал, а также их сплавы, используемыедля нанесения покрытия в виде порошка,20 листа, проволоки и т.п,Материал покрытиявыбирается таким, чтобы он в контакте какс плакируемым, так и с плакирующим слоемв условиях высоких температур и большихстепеней обжатия при пластических дефор 25 мациях не образовывал хрупких избыточных фаз или их образование носилоизбирательный характер с мелкими разрозненными вкл:очениями.Предлагаемый способ получения бимеЗ 0 таллов предназначен преимущественно длясочетания материалов, обоазующих в контакте между собой при обработке давлением хрупкие избыточные фазы, Этот способможет быть применен и для случаев, когдаЗ 5 составляющие биметалл материалы не образуют между собой хрупких фаз для повышения качества соединения в зонеконтакта,Использование предлагаемого способа"0 позволяет значительно повысить качествобиметалла и увеличить его выпуск благодаря интенсификации процесса обработкидавлением - повысить температуры нагревазаготовок, увеличить степень их обжатия"5 при пластической деформации, увеличить внесколько раз толщины заготовок и скорость их прокатки, Предлагаемый способ былпроверен применительно к получению листового биметалла ВТ 1-О+12 х 18 Н 10 Т разме 50 ром 28 х 500 х 750 мм с использованиемвзрывного плакирования и прокатки, Материалом плакируемой заготовки являлась листовая сталь марки 12 Х 18 Н 10 Т поГОСТ 5 б 32-72 толщиной 20 мм, а плакиру 55 ющей заготовки - листовой титан маркиВТ 1-0 по ГОСТ 22178-76 толщиной 8Приведены сведения только при получе2005030 ющие заготовки собирали с зазором 5 мм,на плакирующей заготовке размещали заряд взрывчатого вещества (ВВ) высотой 90мм, состоящий из смеси аммонита М 6 ЖВ5 по ГОСТ 21984-86 и аммиачной селитрымарки "Б" по ГОСТ 2-75 при обьемном соотношении 1:3. Для инициирования зарядаВВ применяли злектродетонаторы мгновенного действия марки ЭДЯЖ по ГОСТ 908910 75. При такой схеме сборки комплектаскорость перемещения фронта контакта чк(скорость детонации ВВ) составляла 2200м/с, а скорость полета чо плакирующей заготовки в зазоре составляла 1100 м/с,15 Взрывное плакирование проводили на открытом полигоне.Контроль качества соединения слоев изготовленного биметалла в зоне контактасваренных взрывом заготовки проводился20 ультразвуковой дефектоскопией по всейплощади заготовок, металлографическиманализом и испытанием на отрыв отдельныхобразцов, вырезанных из различных участков двухслойных заготовок.25 Результаты контроля показали, что в биметалле, изготовленном по предлагаемомуспособу (покрытие с отжигом) по всей поверхности отсутствуют несплошности в зоне контакта заготовок с покрытием,30 структура этой зоны относительно стабильна без наличия крупных и сплошныхвключений интерметаллидной фазы, апрочностьна отрыв имеет высокие показатели - 490-520 МПа. В биметалле с покры 35 тием без отжига наблюдается множествонесплошностей в зоне контакта заготовок спокрытием и низкие показатели прочностина отрыв слоев(170-190 МПа), В биметалле,изготовленном беэ промежуточного покры 40 тия наблюдались несплошности и крупныевключения интерметаллидной фазы (на некоторых образцах сплошные включения),Прочность иа отрыв имеет пониженные по-казатели (27-42 МПа).45(56) Заявка Японии М 64 - 3599,кл. В 23 К 20/08, 1989,Ф о рмула изобретенияСПОСОБ ПОЛуЧЕНИя БИМЕТАЛЛА 50 преимущественно из материалов, образующих в соединении хрупкие прослойки, при котором на плакируемую заготовку наносят промежуточное покрытие, а соединеиие получают приложением к заготовкам давления, отличающийся тем, что после Следует отметить, что при взрывном плакировании в зоне контакта двухслойного соединения ВТ 1-О+12 Х 18 Н 10 Т без промежуточного покрытия может происходить обильное выпадение хрупкой иктерметаллидной фазы из-эа интенсивной пластической деформации,На две плакируемые заготовки методом плазменного напыления наносился слой из чистого злектролитического никеля толщиной 0,6 мм, рассчитанной по эмпирической зависимости (2). Никель обладает высокой диффузионной способностью при высоких температураха атмосфере водорода и существенно замедляет образование интерметаллидной фазы в зоне контакта с титаном при пластической деформации в процессе обработки давлением. В контакте со сталью 12 Х 18 Н 10 Т никель интерметаллидиых фаз не образует.ОДну из напыленных заготовок подвергали отжигу в печи с атмосферой водорода по режиму; нагрев до температуры 90050 С, выдержка 1 ч, охлаждение с печью, Такой режим термической обработки способствует полному удалению образовавшихся в процессе напыления окислов никеля с поверхности нанесенного покрытия путем восстановления никеля из окислов по приведенной зависимости (1)М 10 + Н 2 М 1+ Н 20Кроме того, при таком режиме отжига ускоряется диффузия никеля как внутри покрытия, так и на его границе со сталью 12 Х 18 Н 10 Т, что значительно повышает пластичность покрытия, его сцепляемость с плакируемой заготовкой и способствует устранению возможных несплошностей.Вторая плакируемая заготовка с напыленным слоем отжигу не подвергалась.Для сравнения в эксперименте использовалась также плакируемая заготовка без покрытия.Все три плакируемые заготовки из стали 12 Х 18 Н 10 Т плакировались титаном ВТ 1- 0 толщиной 8 мм с использованием энергии взрыва. Для этого плакируемые и плакирунанесения покрытия плакируемую заготовку нагревают в среде водорода до температуры разложения окислов материала покрытия, э в качестве материала покрытия берут материал, препятствующий образованию хрупких прослое в зоне соединения.