Способ изготовления изделий из тугоплавких соединений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 55 А 7 15 В 22 ГЗ/ бВЮ 1 ИО ,: отирал ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТО МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Макеевское особое конструкторско-технологическое бюро с опытным производством Института проблем материаловедения им.И.И.Францевича(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ осится к порошковой сти к способу горячего ий сложной формы с ющей 95-1007 ь от теИзобретение отнметаллургии, в частнрессования изделлотностью, составлретической,Цель изобретениогич ности, - повышение техноСогласно способу изготовл лий сложной формы методом го сования, включающему предв формование заготовки и послед чее прессование, перед горячи нием заготовку сложной формы до простой формы вспомогател риалом, который остается инер ношению к основному мат плавится в условиях горячего и основного материала и имеет к ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СС;,Р ения издерячего пресарительное ующее горям прессовадополняют ьным матетным по отериалу, не рессования оэффициент(57) Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам горячего прессования иэделий сложной формы с плотностью, составляющей 95 - 100 от теоретической. Цель изобретения - повышение технологичности изготовления изделий, Сформированную заготовку сложной формы дополняют до простой формы вспомогательным материалом, являющимся инертным к основному материалу, с коэффициентом уплотнения, составляющим 0,8- 1,2 коэффициента уплотнения основного материала, и температурой спекания, превышающей температуру прессования основного материала, и осуществляют горячее прессование. 1 табл. 2 ил. уплотнения, составляющий 0,8-1,2 коэффициента уплотнения основного материала.Дополняя сложную форму изделий до простой вспомогательным материалом с коэффициентом уплотнения, составляющим 0,8-1,2 коэффициента уплотнения основного материала, тем самым точно профилируют изделие.Если коэффициент уплотнения не принадлежит этому интервалу, происходит потеря формы иэделия. Например, если заполнить вспомогательным материалом с коэффициентом уплотнения, составляющим 0,7 коэффициента уплотнения основного материала, отверстия, имеющиеся в заготовке детали, которая в дальнейшем подвергается горячему прессованию, то в процессе прессования вспомогательный материал уплотняется до теоретической45 50 3300 С 55 плотности и начинает вдавливать основной материал, увеличивая диаметр отверстий. Если взять вспомогательный материал с большим коэффициентом уплотнения, например 1,3, то основной материал уплотняется до теоретической плотности и начинает оказывать давление на вспомогательный, вследствие чего происходит уменьшение диаметра отверстий.Вспомогательный материал должен оставаться инертным и не плавиться в условиях горячего прессования основного материала. Это обеспечивает ручное отделение после процесса горячего прессования детали от вспомогательного материала, В качестве вспомогательного материала могут быть использованы, например, нитрид бора, карбид кремния, нитрид алюминия, углерод и т,д.Процесс изготовления изделий предлагаемым способом включает следующие этапы,Готовят шихту для основного и вспомогательного материалов. Шихта состоит из порошка (смеси) и временно-связующего (пластификатор), используемого для того, чтобы придать исхддному порошку (смеси) вязкость, достаточную для предварительного формования заготовки или вспомогательного знака, Для каждого конкретного порошка состав временно-связующего, его количество и время смешивания определяют индивидуально.Из подготовленной шихты формуют заготовку детали сложной формы при температуре окружающей среды под давлением 500 - 3000 кг/см (предпочтительно 600 - 1000 кг/см ).Формование заготовки производят следующим образом.В стальной пуансон с отверстиями вставляют стальные знаки, профилирующие иэделиеи надевают обойму, В образовавшуюся полость между стенками обоймы и вспомогательными знаками засыпают шихту материала, из которого необходимо получить изделие, покрывают вторым пуансоном и подпрессовывают. Снимают верхний пуансон, выпрессовывают стальные знаки, на их место засыпают шихту вспомогательного материала, навеска которого взята с таким расчетом, чтобы значение коэффициента уплотнения для него находилось в интервале 0,8-1,2 от значения коэффициента уплотнения основного материала. Вновь надевают верхний пуансон и поджимают.Из стальной пресс-формы извлекают заготовку простой формы, состоящую иэ основного и вспомогательного материалов. 5 10 15 20 25 30 35 40 Возможно отдельное предварительное формование основного материала, из которого получают изделие, и вспомогательного, обеспечивающего вставки под отверстия и дальнейшую их сборку либо предварительное формование в стальной пресс-форме вспомогательного материала (в этом случае он выступает как матрица, повторяющая сложный профиль изделия, полость внутри нее заполняется порошком основного материала).Затем осуществляют сборку графитовой пресс-формы, также имеющей простой профиль: цилиндрические пуансоны и кольцевую обойму.Производят горячее прессование. Предварительно подпрессовывают удельным давлением 10;ь от давления прессования основного материала, осуществляют дальнейшее постепенное наращивание температуры и давления до расчетно-необходимых значений в зависимости от состава основного материала и прочности графита, далее следует выдержка при постоянном давлении и температуре, отключение пресса, охлаждение графитовой пресс-формы, ее разборка и очистка поверхности детали от вспомогательного материала,На фиг.1 показан общий вид графитовой пресс-формы с деталью "Плита головки-" (направление а показывает направление приложения давления в процессе горячего прессования); на фиг,2 - разрез А - А на фиг,1,П р и м е р. Готовят две шихты для основного и вспомогательного материалов. В качестве основного материала используют смесь. порошков нитрида кремния, окиси иттрия и окиси алюминия в соотношении 88:6,4;5,6 мас которую смешивают с временно-связующим веществом в пропорциях 3:1.За временно-связующее взят раствор каучука в бензине в соотношении 1;1, В качестве вспомогательного материала используют нитрид бора, который смешивают с аналогичным временно-связующим веществом в соотношении 2:1, Температура плавления нитрида бора составляет порядка Производят формование заготовки детали "Плита головки". В стальной пуансон с отверстиями, который повторяет профиль детали 1 (фиг.2), вставляют стальные знаки 2, обеспечивающие диаметры отверстий 2 детали 1 "Плита головки", Надевают графитовую обойму 3. В образовавшуюся полость между стенками обоймы 3 и знаками 2 засыпают основной материал. ставят верхний стальной пуансон, также повторяющий5 10 15 диском вставляют графитовые пуансоны 4 и 5, которые с целью предотвращения непосредственного контакта основного материала с графитом обмазаны смесью, ф: нитрид бора 30; ацетон 60 и клей БФ10.Производят горячее прессование в следующем режиме, Осуществляют предварительное поджатие удельным давлением 75 кг/см, затем нагрев до 1600 С, по достижении этой температуры наращивают давление до 700 кг/см, одновременно поднимают температуру до 1830 С, далее следует изотермическая выдержка в течение 1,5 ч. По истечении этого времени снижают температуру до 1700 С и снимаютдавление, После охлаждения производят ручную очистку поверхности детали от вспомогательного материала-нитрида бора, Характеристики режимов получения детали и вставок сведены в таблицу,При условии использования в каждом эксперименте одной и той же партии сырья. одинаковой навески основного материала для формования детали плотностью 3,2 г/см и навески вспомогательного материала для формования вставок, обеспечивающих диаметры отверстий в детали "Плита головки" плотностью 2,2 г/см на коэффициент уплотнения этих материалов наибольшее влияние оказывает величина давления предварительного формования заготовки или вспомогательных вставок.При удельном давлении предварительного формования заготовки 800 кг/см для основного материала плотность равна 1,6 г/см, Если за теоретическую принять плотность, равную плотности нитрида кремния (3,2 г/смз), получают коэффициент уплотнения основного материала, равный 2, Однако во время горячего прессования образуются эвтектики в системе нитрид крем 20 25 30354045 50 55 профиль детали 1, и прикладывают давление 800 кг/см . Снимают верхний пуансон, выпрессовывают стальные знаки 2, на их место засыпают вспомогательный материал .и вновь прикладывают давление 500 - 1500 кг/см (см.таблицу) для того, чтобы получить интервал коэффициента уплотнения вспомогательного материала, при котором не происходит потеря формы изделия, с целью его точного профилирования. Результаты экспериментов сведены в таблицу.После засыпки пустот 2 вспомогательным материалом имеем заготовку в форме диска, состоящего из основного 1 (фиг,2) и вспомогательного 2 (фиг.2) материала. высота в направлении прессования а (фиг.1). больше размера конечной детали в этом направлении. Затем вместо стальных пуансонов в обойму 3(фиг. 3) сосформованным ния - окись иттрия - окись алюминия и плотность иэделия может быть выше, например 3,25 г/см, В таком случае коэффициент уплотнения основного материала больше 2, Поэтому в примере рассматриваются относительные величины и задается интервал коэффициента уплотнения, где не происходит изменения размеров диаметра отверстий или изменение составляет не более 2. В этом случае механическая обработка не требуется или припуск на нее составляет 1 мм,Из данных таблицы видно, что наиболее приемлемым является интервал коэффициента уплотнения нитрида бора 1,6 - 2,4, что составляет 0,8 - 1,2 коэффициента уплотнения нитрида кремния,Проведены эксперименты по изготовлению аналогичных изделий из материала на основе карбида кремния - нитрид бора, втулка из гексоборида лантана - нитрид бора для катодных пушек.Отличие от приведенного примера состоит только в температурах плавления основного материала (для карбида кремния порядка 3000 С, а для гексоборида лантана 2500 С). У карбида кремния и нитрида кремния плотность одинаковая, у гексоборида лантана 4,68 г/см, но в пересчете на относительный коэффициент результаты таблицы аналогичны.Предлагаемый способ имеет следующие преимущества:возможность изготовления изделий сложной формы, имеющих любой произвольный профиль, методом горячего прессования;точное профилирование изделий, что сводит к минимуму механическую обработку, а в отдельных случаях исключает ее совсем;упрощение графитовой оснастки (нет необходимости профилировать пуансоны или обойму, так как изделие, имеющее сложную форму, дополнено вспомогательным материалом до простой формы, например диска);многоразовое использование оснастки как для предварительного формования заготовок, так и для окончательного горячего прессования; возможность использования оснастки для деталей различного вида, так как профиль изделия определяется набором вспомогательных знаков, типы размеров и форма которых могут быть использованы для разного вида изделий.Предлагаемый способ изготовления изделий дает возможность изготавливать аналогичные изделия по стоимости на 15-20 ниже за счет того, что не требуется механи1676755 ческая обработка изделий, нет необходимости профилировать графитовую пресс-форму, возможно многоразовое использованиеоснастки,ме, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения технологичности, перед горячим прессованием заготовку сложной формы дополняют до простой формы 5 вспомогательным материалом, являющимся инертным к основному. с коэффициентом уплотнения, составляющим 0,8-1,2 коэффициента уплотнения основного материала, и температурой спекания, превышающей 10 температуру прессования основного материала. Формула изобретения Способ изготовления изделий из тугоплавких соединений, включающий предварительное формование заготовки сложной формы и горячее прессование в пресс-форВлияние коэффициентов уплотнения вспомогательного материала на потерю формыизделия Основной материал Вспомогательный мате иалНомер Примечание Коэффициент уплотнения, Кв= КофК Коэффициент уплотнения,Ко Кв=2 1,2==2 0,8=1,6 800 Изменений нет Не более2 100 П р и м е ч а н и е . Кв -, коэффициент уплотнения вспомогательного материала,составляющий 0,8-1,2 коэффициента уплотнения основного материала,Давление предварительного формования, . кг/см Давление предварительного формования, кг/см Изменение размеров диаметров отверстия в процессе горячего прессования, % Иэ пяти прессовок в двух изменений нет, две прессовки 1%, одна прессовка - 2%Иэ 5 прессовок в двух прессовках изменений нет, две прессовки - 1%, одна и ессовка - 1,5. Максимишинец Ре р М. Петрова рект оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 3068 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5