Способ получения спеченных твердосплавных слоистых изделий

Ссаа СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 14 В 22 Е 7/02 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТОРСК.(54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННЫХТВЕРДОСПЛАВНЫХ СЛОИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ,1 включающий послойную засыпку порошков в пресс-форму, совместное прессование слоев, предварительное спекание прессовок в среде защитного кание в ва аза и с а ю щ нижения ошок сиися тем,ч коробления изд еньшей усадкой с целью ий, в порибавляют гидроокись ентов меоли аммо-. в порошковом видеили соль одного из омп Я.П. Кюбарсепп, льдма, Х,П. Рохтлическои связк ния, причем масса д вещества определяетю 7(6 ав пемого форму где- плотность дтериала;Ч - объем слоя именьшей усэд5 - коэффициентслоя из порошка с боЕ - коэффициентаслоя иэ порошка с мень6 - объемная долся компонентов добав бавляемого маз рошка объ емнои усадкией усадкой;емкой усадкиусадкой;летучивающих л объ шей я у К г,1Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления комбинированных изделий из разнородных порошковыхтвердых сплавов,Пель изобретения - снижение коробления изделий.Способ осуществляют следующим образом.После изготовления и подготовкипорошков твердых сплавов определяютобъем и пористость каждого слоя изделия, На основе этих данных определяют массу прибавки, вводимой в порошок с меньгцей удельной поверхностью, по формулеУ(с - Г; )П=где г - плотность добавляемогоматериала;Ч - объем слоя иэ порогггка сменьшей усадкой 1 малокарбицный слойс меньгпей пористостью и удельной поверхностью) после спекания, опреде-"ляемый на основе чертежа сггоистогоиэделия;Гг - коэффициент объемной усадкиматериала слоя из порошка с большейусадкой (многокарбид ый слой с бсль -шеч гористостью и удельной и;гверх:ностью), определяемый экспериментально (из названного порошка прессуется и спекается образец по такимже режимам, что и слоистое изделие);,Чггс,= - ;Ч,где Ч - объем образца. после прес - сования;Ч - объем образца после спека Е 2 - коэффициент обьсмной усадкиМатсвиача СХг 051 ИЗ ПОРОггКа Г "гспвщгзйусацкой (малокарбидпый слой с меньшейпористостыО и 5 гдсль 110 й пове 15 хг" Оста)спределяемьгй экспериментально (иэНазВаННОГО ПОРОГ 1 Ка ПРЕССУЕтСЯ И Сг 1 Е -кается образец по так 15.55 же льежи".ам,что и слоистое изделие) ,1 гс 2 Р2 1.1 эгде Ч - объем образца после прессования;Ч - объем образца после спека. -ния,В - объемная доля улетучиваггггг,.гхся компонентов добавки - определяется на основании формулы химическойреакции разложения прибавки, Если прибавка полностью улетучивается, то 6=1, Если после реакции от при - садки в материале слоя остается компонент Л металлической связки, то его масса равна 1 гг=п 1(1 -9), а на ве - личину тгг уменьшается содержаниедкомпонента А в металлической связкетого слоя,Зависимость для определения массыгр прибавки получена следующим образом.Из определения с, и Е следует, чтоГг Я , т.е. усадка в первом слоеоОЛЫЦЕ, ДЛя ПОЛуЧЕНИя таКОй жЕ уСадки во втором слое объем этого слояпосле прессования должен быть Ч с,г,что достигается применением присадки.1 ез прибавки объем второго слоя после прессования будет Ч Я . Разницеггб.немов Ч , -Ч Я должна равнятьсята часть обьема присадки, котораятдУг 1 ЕтУЧИВаЕтСЯ т.Е.Тогда получим:1 п г:1кгг,2шВ= Ч(1, ,1Г(Е,-е )Ш=ОВ качестве прибавки применяется,.такое порошкоооразное вещество, которое разлагается и улетучивается, например хлористый аммоний, или уменьаиегся в обьеме, например оксид железаво время предварительного спекания35 .1 з водороце. Б качестве улетучивающихся веществ могут быть использованыкроме хлористого аммония и другиевещества, например гидрофосфат аммония., В качестве веществ, объем кото 40 рых уменьшается вследствие химических-реакций, могут быть использованыкроме оксидов железа и другие вещест 11 а, например гидроксид железа,азотистое железо, углекислое железо.-15 Последовательно засыпают порошки11 ослойпо в пресс-форму, прессуют,опекают предварительно в среде защитного газа, например в водороде,и окончательно - с образованием жцд 50 кой фазы в вакууме,При предварительном спекании засчет улетучивания из слоя порошка с прибавкой части или всех компонентов 55 прибавки достигается одинаковая пористость всех слоегз, что в свою очередь обеспечивает при дальнейшем жидкофаэном спекании одинаковую усад 1227338ку слоев. Следовательно, детали пос - ле охлаждения не коробятся.Для осуществления предлагаемого способа используют завихритель паромеханической форсунки.На фиг. 1 изображен завихритель паромеханической форсунки, продольный разрез; на фиг 2 - то же, нид снизу; на фиг. 3 - то же, нид сверху.Завихритель паромеханической форсунки состоит иэ топливной 1 и паровой 2 частей. Топливная часть 1 включает тангенциальные каналы 3 топлива, камеру 4 завихрения топли ва и сопло 5 топлива. Паровая часть 2 включает тангенциальные каналы б пара и камеру 7 завихрения пара.Завихритель паромеханической форсунки изготовляют из порошкового карбидотитаноного слоистого сплава двух составов таким образом, что н слое топливной части 1, который подвергается гидроабразивному износу, в качестве матрицы применяется сталь, а в слое паровой части 2, который подвергается коррозии, - нержавеющаясталь.Примеры изготовления слоистых изделий.Для изготовления топливной части 1 занихрителя паромеханической форсунки (фиг. 1)используют сплав, содержащий мас.90 Сг С 9 4 Нд 0,6 Р и имеющий высокую твердость и износостойкость, но относительно низкую прочность (бц =500-600 МПа). Для изготовления паровой части 2 (фиг, 1) используют сплав, содержа- . щий, мас. : 70 Сг С , 30 И 1 и имеющий значительно большую прочность при изгибе (о =1000-1200 МПа). Сплав для изготовления топливной части дополнительно легиронан фосфором с целью уменьшения температуры спекания слоя и достижения таким образом одинаковой температуры спекания обоих слоев (Т=1280 С).Для изготовлениякг сплава КХНФ-О 900 г порошка карбида хрома (ТУ 48-19-294-78), 40,1 г порошка фосфида никеля И Р, содержащего 6 г фосфора, 59,9 г порошка никеля ПНЭГОСТ 9722-61с учетом И 1 (34,2 г) в фосфиде) и 500 мл этилового спирта загружают н шаровую мельницу.Для изготовления 1 кг сплаваКХН700 г порошка карбида хрома,300 г порошка никеля ПНЗи 500 мл этилового спирта загружают в шаровуюмельницу.Для размола обоих смесей в шаровую мельницу дополнительно загружают 5 кг твердосплавных шарон и 1 кгпорошковой шихты. Продолжительностьразмола 72 ч, После сушки и пластифицирования 4 -ным раствором каучука в бензине и гранулирования про 1 О изводят совместное прессование обоихслоев при удельном давлении 100 ИПа.Предварительное спекание производятов водороде при 700-750 С в течение30 мин и окончательное - в водородеа,15 при 1280 С в течение 15 мин. Окончательное спекание можно провеститакже в накууме.Несмотря на одинаковые режимыразмола, прессования и спекания образцы из.сплавов КХНФ 1 О и КХН 30имеют неодинаковые усадки. Экспериментально определенные коэффициентыобъемной усадки этих сплавов соответственно 1,75 для сплава КХНФ 1 О25 и 1,86 для сплава КХН 30.С целью обеспечения одинаковойпористости и усадки обоих слоев впорошок материала, имеющего меньшуюусадку, прибавляют вещество, полностью разлагающееся на газовые компоненты при температуре предварительного спекания - бикарбонат аммонияИННСОз, В качестве гидроокисла исопи никеля, которые во время предварительного спекания в водороде35уменьшаются н объеме, можно применятьгидроксид никеля И(ОН) и гексагидрат нитрата никеля М (ИОЭ) бНО.Применение оксида никеля И 10 дляэтой цели н данном примере невозмож 40но, поскольку эффект уменьшения егообъема недостаточен для достиженияпоставленной цели ( плотности М 10 иИ 1. слишком близки друг к другу и поэтому необходимое количество ИО45оказывается слицком большим). Бикарбонат аммония, гексагидрат никеля игидроксид никеля добавляют в размольный барабан эа 3-4 ч до окончания размола,50 Количество добавляемого веществаопределяют следующим образом.Прибавление И.4 НСО1=1,58 г/см - плотность прибавкиИН НСОЭ,Э55 1=147 см - объем материала слояиз порошка с меньшей усадкой (объемкг компактного материала КХНФОплотностью 6,8 г/см");1227338 телглсае спекание в вакууме при З 5 1420 С в течение 30-40 миц.оПор оспкав ая смес ь для образованияпаровой частя 2 завихрителя имеетсостав, содержащий мас.Х: 40 Т.С,60 11 ержавеющей стали, синтезирован цай цз элемент"ав (Ге+17 Сг+15 И.+.0,1 С), Смесь разманывают в шаровоймельнице твердасцлавцыми шарами в течение 4 Я ч с соотношением массы шаров к массе шихты, равным 5,1. Послевысушивания, пластифцциравания, грацулцровация и 11 ресс.ования при такомже удельном давлении, как и первогослоя (1 О МПа), паристость второгослая 38 - 40 аб.Л. Таким образом,пористости слоев различаются приблизительно на 6 об./ и, с:седавательно,раз:1 ичаются в значительной степении уеадки слоев, что црцвадцт к короб -нению детали. На 27,3 г уменьшают количество никелевого порошка в порошковой шихте КХНФ.Прибавление % (ИО ) 6 Н О3, з г г=2,04 г/смс=147 смсс =1,86;1;г =1,75;6 =0,95 определяют на основании с.уммарнай формулы химической реакции.о,При температурах )О С из гексагидрата нитрата никеля выделяется вода, а при более высоких температурах % (И 01) - И 1.0, которая восстацав - ливается водородомИ 1(Юэ) 6 Н О+4 Нг=1 Ы+2 ИО+10 Н.О42142 5Требуемое количес:тва прибавки,г;2,04 147(1,86-1,75)После предварительного сцекацця в водороде от такага количества 55 5Ес =1,86 - коэффициент обьемноц усадки материала слоя из порошка с большей усадкай (КХН);Е =1,75 - коэффициент объемной усадки материала слоя из порошка с меньшей усадкой (КНХФО);8 =1 - как бикарбонат аммония, так и хлористый аммоний улетучивается полностью.Требуемое количество бикарбаната аммония в слое с меньшей усадкой, г".1,58 147 (1,86-1, 75) прибавление % (ОН)=-4,1 г/ем;7=147 ем;с, =1,86;Е =1,75;О =0,708 для гидроксида никеля определяют на основании формулы химических реакций% (ОН)в :.И 1+Н О (при ) 230 С) И 10+Н, =М+Н Оили суммарной реакции1 с 11 с,ОН) +Н Иг.+2 Н ОО 66 - =0 70822,6Требуемое количества % (ОН)г:4, 147 (1,86- 75)0,708После восстановительных реакций в водородной печи у такого количества Я (ОН) остается пикеляг1 с 14=т(1- 611=93,6 ( -О,08) =27,3 г Б 1 (ИО, ) 6 Н О астаетс:я %. в количеств3 г гВЕ, 1г 1 д ш(1 Ф) 34 "( 0,95) 1,73Это необходимо учитывать лри составлении порошковой шцхты.,Зчл изготовления талливе 1 ОЙ части1 завцхритеня паромеханической форсункц (фиг. 1) применяют сплав,содержащий, мас.7,: 80 Т 1 С и 20 из" цасостойкой стали, синтезироване 1 ойиз элементов (Ге+12 Сг+1 С), Дляизготовления 1 кг смеси 801,4 г парашка карбида титана, содержащего800 г Т 1 С и 1,4 г углерода, 24 гпорошка электралитического хромаПХС, 174,12 г порошка железа ПЖ 4 М 2(0,12 ) углерода, 0,48 г порошкаламповой сажи (ОСТ 38.15.31-73) гб и 600 мн этилового спирта загружают в шаровую мельницу.После загрузки в мельницу 7 кгтвердаспавцых шаров смесь разманывэют в течение 96 ч. После сушкии пластифициравация смеси 17-нымраствором каучука в бензине гранулираванцую смесь прессуют совместнос вторым с:лаем при удельном давлении прессования О МПа. После прес- ЗО Овация слой имеет пористасть 4446 Об.Е. Далее следует предварительцое спекание в водороде при700-750 С в течение 30 мин и окончаС ЦЕЛЬЮ абЕСЛЕЧЕНИЯ сэдцщаКОВай парцстости слоев после предваритеньнага спекания Б ванарадс В па)Ошка - вую шц.сту вводят 1 экцеь - окись же1227338 Я лезо в количестве, г: г =и( -8 =276(1-0,533) = 27,45,4-21,2 =0,533 45-4 Требуемое количество закиси -окиси железа, г: 5, А 160(1,82-1,64) 0,533каз 2245/1 Тираж 757 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., Подписно 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул Проектная, 4 леза Ре О, уменьшающуюся в объеме во время предварительного спекания в водороде иэ-эа прохождения реакции восстановления водорода.Количество добавки определяют следующим образом.з=.5,11 г/см - плотность закиси окиси железа Ре О,;Ч=160 смЯ, 1,82;Е 1,64;8 =0,533 для закиси - окиси железа, определяют на основании формул химических реакцийРе О, +4 Н =ЗРе+4 Н О,После реакции восстановления за - киси - окиси железа водородом в материале от присадки Ре О остается жеь На 127 г уменьшают количествожелезного порошка в порошковой шихтетвердого сплава. Экспериментально определены величины коробления двух типов деталей:завихрителей диаметрдм 27 мм и призматических образцов сечением 5 ф 5 мм и длиной50 мм (после спекания). Обе деталиизготовлялись двухслойными из порошковых карбидотитановых, карбидохромовых и карбидовольфрамовых твердыхсплавов известным ц предлагаемымспособами,Из полученных данных следует,что использование предлагаемого спо 20соба, позволяющего достигать одинаковых величин усадок слоев твердосплавных слоистых иэделий, в значительной степени уменьшает коробление изделий, Предлагаемый способможет быть использован не толькодля изготовления двухслойных, нотакже и многослойных изделий.