Способ изготовления изделий из порошковых материалов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ш 14 680 19) 1) 4 Б 22 Е 3/14, В 30 В ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ У 25хтвердых материа о ССС 1975. НИЯ ИЗДЕЛИИ ИЗ И УСТРОЙСТВОастицы делий,смеси новы аличие упру т качество ого давлени ройство дае изделия вгнитнь чество ферром шено к гих эл способам шковыхих осу- являетти изможчо с 1 повышае постоянн месь. Уст абатывать 4 з,п. ф тов сче издели шк на по возмо ость об 2 с.и вакуу ЭееВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт сверлов АН УССР72) В.Д.Андреев, Ю.Л.Аносов,В,В.Рогов, И,А.1 Циголева,Л.А.Снегурский и В.Н.Попельню(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится кдля спекания изделий из пороматериалов и устройствам дляществления. Целью изобретенияся повышение производительнос%.расширение технологических во тей, 11 ель достигается тем, что матрицу нагревают до температур на 200 о500 С ниже рабочей температуры, нагревают только порошок до рабочей температуры и выдерживают 10-100 с. Устройство для спекания содержит матрицу 1, нагревательные элементы 2 и 3 для порошка и матрицы соответственно", Ток к нагревательному элементу 2 подводится токоподводами 8. При прессо-. вании за счет недогрева матрицы экономится электроэнергия и уменьшается время полного цикла, что повышает производительность в 2 раза. За счет снижения влияния магнитного, поля науры спекания с последующеи изотермиеской выдержкой 10-100 с.Предварительный подогрев матрицы 2 о смесью порошка необходим для умень- ения напряжений, возникающих в реультате деформаций матрицы и спекаеого слоя при нагреве и охлаждении, а также для уменьшения времени воздействия на спекаемый материал высоких температур. Этот подогрев осуществляе 1 ся до температуры, не превышающей т мпературу разупрочнения материала м трицы, т.е, температуру, при котор й происходят внутренние изменения с руктуры материала, приводящие к птере стойкости, но при этом разнсть температур спекания и нагревао матрицы не должна превышать 500 С. 4 Пфи большей чем 500 С температуре вследствие разности температурных дефрмаций возникают остаточные напряжения, приводящие к ухудшению качества спекаемого слоя, появлению короб линия и трещин. Разность температур сйекания и нагрева матрицы не должнаобйть меньше 200 С, так как в противнс)м случае увеличивается расход электроэнергии и время нагрева. 5 0 Время нагрева температуры спек ма разогреваемой водности. Для припеканиов до смеси порошкния зависит т объе- плопросмеси и ее орпусуотермипорошка к целесообразно дать из ыдержку длительностью и температуре спекани которой поверхностный мантрческ1013 в слойен Изобретение относится к порошковойеталлургии, в частности к способам пекания и припекания порошковых материалов и устройству для его осущест 5 ления.Цель изобретения - повышение производительности процесса, расширение технологических возможностей, а таке повышение равномерности нагрева и 10 ачества получаемых изделий,Способ изготовления изделий из орошковых материалов заключается в рессовании смеси порошков в матрице, редварительном подогревании матрицы 15 порошком до температуры на 200 о, ОО С ниже температуры спекания, поедующем нагревании порошка до темратуры спекания и использовании лектрически независимых друг от дру а нагревательных элементов,Смесь порошка нагревают до темпера ключены ния (фиг.2-4) 7 могут быть размещены,либо в ви ента и п ника пит ват ного э сам ис Электропроводные вставкивыполнены в виде пластин иак показано на Фиг.2 и 3,де колец (Фиг.4).Устройство снабжено упругим элементом 11, поджимающим пуансон и через него нагревательный элемент спекаемой смеси порошков.При спекании и припекании порошк вых материалов в вакууме устройство содержит также нижнюю полукамеру 12 к материала матрицы в зоне соприкосно.вения смеси с матрицей оплавится,что создает диффузионный слой на границе раздела и обеспечивает прочноесцепление спеченного слоя с матрицей.При выдержке менее 10 с не происхо;дит достаточной диффузии материалови, следовательно, не будет прочногосцепления спеченного слоя с корпусом,а при выдержке более 100 с матрицаразогревается до температуры спекания на глубину, большую, чем необходимый диффузионный слой, что приводит к потере стойкости материала матрицы.На, Фиг,1 приведено устройство дляосуществления способа, общий вид; нафиг,2 - разрез А-А на фиг.1 (токоподводящие электроды расположены с чередованием полярности); на фиг3то же (токоподводящие электроды расположены с чередованием пар полюсов);на фиг.4 - то же (,расположение токоподводящих электродов при выполненииэлектропроводных вставок в корпусепуансона в виде колец).Устройство состоит из матрицы 1,нагревательного элемента 2,предназначенного для нагрева смеси порошков,нагревательного элемента 3, предназначенного для нагрева матрицы и изолиро-.ванного от металлических частей устройства плитой 4 и прокладкой 5, выполненных из неэлектропроводного ижаростойкого материала, пуансона,содержащего неэлектропроводный корпус 6 и электропроводные вставки 7.Ток к нагревательному элементу 2 подводится токоподводами 8 через вставки7, к элементу 3 - токоподводами 9.Токоподводы 8 изолированы от металлического корпуса с помощью неэлектропроводной плиты 10,Токоподводы 8 могу блены относительно пов3 40708 с резиновой мембраной 13, подпружиненным кольцом 4, штуцерам 15, а также верхнюю палукамеру 16,С целью исключения влияния магнит ного поля на равномерность распределения ферромагнитных включений в смеси парашка при прохождении электрического тока по нагревательному элементу токоподводящие электроды 8 под О ключены к полюсам источника питания с возможностью чередования полярности.Для нагрева локальных зон поверхности токоподводящие электроды мож но установить с возможностью чередования пар одинаковой полярности,Для обеспечения равномерности нагрева электрапроводные вставки выполнены в виде нечетного числа устайов ленных соасно колец 7 и поочередно подключены к электродам разной полярности, при этом электрические сопротивления колец" одинаковой полярности и суммарные электрические сопротивле ния колец разной полярности равны между собой.Для повышения качества спекания путем поддержания давления на смесь порошка на одном уровне пуансон под жат упругим элементом.Кроме того, с целью повышения качества изделий, содержащих материалы, окисляющиеся на воздухе при нагреве, путем создания для спекания35 вакуумной среды, устроиство снабжено двумя полукамерами 12 и 16, причем матрица и пуансон установлены в нижней полукамере 12, а верхняя полукамера 16 установлена с возможностью контакта с пуансоном, при этом по крайней мере одна из полукамер снабжена упругим элементом, Упругий элемент расположен на нижней полукамере и выполнен в виде кольцевой мембраны 13, например резиновой, установленной с возможностью ее поджатия к верхней полукамере подпружиненным кольцом 14.Устройство работает следующим об 50 разом,В матрицу засыпают порошковую смесь либо укладывают предварительно подпрессованную порошковую заготовку, и на поверхность смеси устанавливают нагревательный элемент 2 с корпусом 6 и электропроводной вставкой 7. Затем матрицу помещают на нагревательный.элемент 3 через прокладку 045, 1 рикладывают давление к спекаемойсмеси через плиту 10 и пуансон, приэтом такападвацящие электроды прижимаются к электраправадным вставкам7 пуансона. Включают нагревательныйэлемент 3 и нагревают матрицу донеобходимой температуры, затем включают нагревательный элемент 2 и нагревают спрессованную смесь до температуры спекания. При осуществленииприпекания к корпусу дают изотермическую вьдержку при температуре спекания,При реализации способа в устройстве, снабженном вакуумной камерой,матрицу са смесью порошков, нагревательным элементом и пуансонам помещают в нижнюю полукамеру 12, в которойразмещены нагревательный элемент 3на плите 4 и прокладка 5, Давлениепрессования прикладывают к пуан анучерез верхнюю палукамеру 16. При смыкании палукамер 12 и 16 мембрана 13поджимается к стенке верхней полукамеры, создавая герметичную полостьвнутри камеры, Производят откачкувоздуха из камеры через штуцер 15.Затем указанным образом нагреваютматрицу и смесь порошков, Во времяспекания происходит уплотнение порошковой смеси под давлением, создаваемым на пуансон упругим элементом 11,либо разностью атмосферного и вакуумного давлений.П р и м е р 1. Спекают абразивныйкруг на керамической связке К 1 типаПП 200 х 8 х 40. Смесь порошков прессуютв пресс-форме при давлении 40 МПа.Материал матрицы - сталь ХВГ (жаропрочность да= 850 С) и коллоиднографитовая смазка. Матрицу со смесьюопорошка нагревают до 1 = 820 С, затем нагревают смесь порошков до 12701320 С. Получают спеченное изделие сзаданными свойствами.П р и м е р 2, Спекают в вакууме-2давлением 10 мм рт.ст. алмазныйкруг типа АП 300 х 60 х 3 х 50. Алмазныйпорошок в связку МП 2 прессуют при давлении 100 МПа В качестве матрицыиспользуют корпус круга из стали 35о1,жаростойкость до 1 = 600 С). Матрицу со смесью порошков нагревают доО600 С, затем нагревают смесь порошков до 1 = 1000 С и дают при этойтемпературе вьдержку 100 с, в течение которой алмазный слой припекаетсяк корпусу. Одновременно происходит5 14076уплотнение спекаемого слоя за счет, разности атмосферного и вакуумногодавлений. Давление при уплотнении1,5 МПа,5П р и м е р 3. Спекают алмазныйкруг типа А 4 К 50 хЗхЗ. Алмазный порошок и связку М 1 прессуют при давлении 60 МПа, В качестве матрицы используют корпус круга, Материал - . 10сплав алюминиевый АК(стойкостьдо 1 = 500 С), Корпус со смесью порощо,ка нагревают до 500 С, затем смесь порошков нагревают до 700 С и дают выдержку в течение 10 с. Уплотнение с 15усилием 7,5 МПа производят наборомтарельчатых пружин.Таким образом, способ изготовления изделий из порошковых материалов,реализуемый в устройстве для спекания,0позволяет повысить производительностьпроцесса более чем в 2 раза и уменьшить расход электроэнергии более чем,в 2 раза за счет уменьшения разогреваемой массы и снижения температуры 25нагрева пресс-формы.Способ имеет широкие технологические возможности, он применим для любых комбинаций электропроводных и неэлектропроводных составов смеси и 30материала матрицы. Предлагаемый способ позволяет широко варьировать режимами спекания, нагревать смесь порошков до температуры выше 1000 С и,следовательно, включать в состав порошковых смесей материалы, имеющиевысокую температуру спекания, напри;мер кобальт, хром, твердый сплав и;др., значительно повьппающие прочностьи износостойкость готовых спеченныхизделий. Формула изобретения1.Способ изготовления изделий из порошковых материалов, включающий засыпку порошка в матрицу, его прес-сование и нагрев до температуры спекания путем пропускания электрического тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения производительности процесса и расширения 80технологических возможностей, нагревдо температуры спекания проводят вдва этапа: сначала нагревают матрицудо температуры на 200-500 С нижетемпературы спекания, а затем - порошок до температуры спекания.2.Способ по п.1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что-после нагрева дотемпературы спекания проводят выдержку в течение 11-00 с.З.Устройство для изготовления изделий из порошковых материалов, содержащее матрицу, пуансон, нагревательный элемент, токоподводящие электроды и источник питания, о т л и - .ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения производительности процессаи расширения технологических возможностей, оно снабжено дополнительныминагревательными элементами, установленными под пуансоном, верхней инижней полукамерами, электропроводными вставками и упругими элементами,матрица и пуансон установлены в нижней полукамере, верхняя полукамераустановлена с возможностью контактирования с пуансоном, а вставки соединены с токоподводящими электродами.4.Устройство по п.З, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что токоподводящие электроды установлены с возможностью чередования пар одинаковойполярности, а пуансон выполнен изизолирующего теплостойкого материала,5.устройство по п.З, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюобеспечения равномерности нагрева,электропроводные вставки выполненыв виде нечетного числа колец, установленных соосно, и подключены поочередно к электродам разной полярности6.Устройство по п.3, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения качества получаемых изделий, оно снабжено дополнительнымупругим элементом, выполненным в виде кольцевой мембраны и установленным в нижней полукамере с возможностью поджатия,1407 б 80 Составитель А.СеменоТехред А,Кравчук ректор Л.Пилипенко Редактор Н,Тупи Тираж 740 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 3035, Москва, Ж, Раушскаказ 3249/14 Подписноитета СССР ткрытий наб., д, 4/ Ужгород, ул, Проектна роизводственно-полиграфическое предприят