Способ изготовления многослоистых спеченных изделий

 

Сущность: металлокерамический порошок засыпают между металлическими слоями , его уплотняют, осуществляют трехступенчатый нагрев в вакууме до температуры спекания, выдерживают при 280°С в течение 2 ч. при 600°С в течение 3 ч, при 800°С 1 ч. После выдержки при 600°С снижают вакуум, а нагрев до 800°С осуществляют со скоростью 180-200°С/ч. Затем спекают при 1130-1140°С в течение 3-4 ч и охлаждают заготовку с печью до 800°С, после чего осуществляют продувку печи инертным газом со скоростью 60°С/мин. Уплотнение можно проводить под действием низкочастотных колебаний. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

. Ж «„1752517 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 22 F 7/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

-- «

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

I (21) 4835620/02 (22) 07.06.90 (46) 07.08.92, Бюл. ¹ 29 (71) Воронежский механический завод (72) В.Г.Фролова и Г.И.Нечитайлов (56) Авторское свидетельство СССР

¹738802,,кл,,В 23 К 19/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N 876303, кл, В 22 F 3/16, 1981. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОИСТЫХ СПЕЧЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Сущность: металлокерамический порошок засыпают между металлическими слояИзобретение относится к технологии диффузионной сваркй металла с металаокерамикой и может быть использовано.для получения биметаллических цилиндрических изделий, Известен способ (аналог) изготовления спеченных изделий, по которому порошок металлокерамического материала с по-. мощью пресс-формы запрессовывают до пористости 5-25 в полость цилиндриче ской металлической детали, нагревают до температуры рекристаллизации.

Недостатками этого способа являются дефекты по оплавлению и низкие механические свойства соединения металл-металлокерамика.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления спеченных изделий, включающий запрессовку металлокерамического порошка, трехступенчатую термообработку с изотермическими выдержками, спекание и охлаждение вначале с печью, а затем продувкой инертным газом. ми, его уплотняют, осуществляют трехступенчатый нагрев в вакууме до температуры спекания, выдерживают при 280 С в течение 2 ч, при 600 С в течение 3 ч, при 800 С

1 ч, После выдержки при 600 С снижают вакуум, а нагрев до 800 С осуществляют со скоростью 180 — 200 С/ч. Затем спекают при

1130 — 1140 С в течение 3-4 ч и охлаждают заготовку с печью до 8000С, после чего осуществляют продувку печи инертным газом со скоростью 60 С/мин. Уплотнение можно проводить под действием низкочастотных колебаний. 1 з.п, ф-лы, 2 табл..

Недостатками этого способа являются наличие трещин и низкая прочность на разрыв, Цель изобретения — уменьшение тре-, щин оплавлений и увеличение прочности на разрыв.

Цель достигается тем, что согласно способу изготовления спеченных изделий, включающему запрессовку металлокерамического порошка, трехступенчатую термообработку с изотермическими выдержками, спекание и охлаждение вначале с печью, а затем продувкой инертным газом, термообработку осуществляют в вакууме 1 10 мм рт,ст. и выше с изотермической выдержкой при достижении 600 С. в течение 3 ч, после чего снижают вакуум и осуществляют дальнейший подъем температуры со скоростью

180 — 200 С/ч и выполняют другую изотермическую выдержку при 800 С в течение 1 ч, окончательную изоте1змическую выдержку выполняют при 980 С в течение 2 ч, затем спекают при 1130-1140 С в течение 3-4 ч, после чего охлаждение с печью ведут в ус- ловиях вакуума до 800 С. а продувку печи

1752517 инертным газом производят со cKopOcTbo

60 С в мин, Образование расслоений в металлокерамике является результатом деформационных напряжений и влияния разницы сечений двух разнородных материалов при критических скоростях нагрева.

Запрессовка металлической шихты сопровождается наличием деформационных напряжений, которые не могут релаксировать при быстром нагреве садки и быстром охлаждении, В процессе дальнейшего спекания и охлаждения напряжения начинают проявляться разрушением наиболее ослабленного по прочности материала.

Причиной низкого качества сцепления по границе раздела металлокерамика — металл являются поры, сосредотачивэющиеся на границе соединения в результате процессов газообразования и газовыделения.

Газообразные продукты взаимодействия (кислород, азот, водород) образуются в металлокерамической шихте при ее иэготовленйи, а также при изготовлении заготовок.

При высокой скорости нагрева газообразные продукты сгорания, расширяясь в объеме, не успевают удаляться иэ запрессованного объема металлической шихты, оставаясь в материале и на границе соединения, препятствуют диффузии двух материалов. Наиболее интенсивное гаэообразование и газовыделение происходит в интервале температур 650, 800 — 900 С.

Легкоплавкая эвтектика образуется в результате воздействия температуры и вакуума на отдельные частички, которые не связаны или слабо связаны в материале прессованием, и представляют собой твердый раствор никельхрома. Эвтектика в виде жидкой фазы проникает по порам под воздействием вакуума, проявляется на поверхность заготовок, обедняя материал металлокерамики легирующими элементами, вызывая оплавления.

Процессы термообработки и спекэния, помимо чисто структурных изменений, происходящих в материалах, способствуют снятию остаточных напряжений после прессования, изменению физических и механических свойств материала, восстановлению окислов, рекристаллиэации и диффузионной сварке разнородных материалов, Происходящие при термообработке и спекании металлических порошков и разнородных материалов физико-химические процессы подразделяются на несколько стадий: образование газообразных продуктов сгорания и их перемещение на стадии, когда замкнутые поры еще не сформировались, а границы контакта исчезли или существенно сместились; беспорядочное перемещение "фаз пустоты"; дегазация, которой может способствовать высокий вакуум на

5 начальной стадии нагрева; гомогенизация, припекание частичек, сохраняющих индивидуальность; уменьшение, числа и размеров уже сформировавшихся изолированных пор; образование цепочки пор от газообраз10 ных продуктов, стремящихся двигаться к линии соединения металл — металлокерамикэ, Предлагаемый способ запрессовки с вибрацией, первоначальный высоковакуумный нагрев с изотермическими аыдержка15 ми, затем быстрый нагрев при сниженном вакууме и медленное охлаждение до крити.ческих температур позволяют исключить брак rio трещинам, расслоениям оплавлений и стабилизировать высокий уровень ме20 ханических свойств.

Для определения сравнительных характеристик известных и предлагаемого способов производились соответствующие эксперименты на установке ИМАШ-5С с ис25 пользованием металлокерэмического материала УМБ-4С.

Результаты проведения испытаний сведены в табл.1 и 2;

Пример. Изготавливали 3-слойные

30 уплотнительнйе заготовки колец из стали марки ХН55 МБЮ, пространство между которыми эапрессовывали при уд. давлении 8, кг/мм при комнатной температуредо пористости 3,5%: При этом эапресовку осущест35 вляли под воздействйем. на деталь низкочастотной вибрации частотой 1,5 — 5,0

Гц в течение 30-45 с.

После этого заготовки помещали в вакуумную печь и осуществляли нагрев при ва- °

40 кууме 1 10 мм рт.ст. с изотермическими выдержками при T=6000C 3 ч. Дальнейший нагрев производился в вакууме 1 10 "— 1 10 со скоростью 180 С/мин. При Т=800 С и выдержке 1 ч и при 980 С в течение 2 ч

45 спекание производили при Т=1135 С в течение 3,5 ч, Охлаждали садку до Т=800 С с печью„а затем в камере охлаждения с продувкой.аргоном со скоростью не менее

60О/мин. Предлагаемые режимы позволили

50 гомогенизировать структуру с равномерным распределением пор, без оплавления и трещин с компактной линией соединения.

Прочность на разрыв при этом составила 1? кг/мм .

Формула изобретения

55 1. Способ изготовления многослоистых спеченных иэделий, включающий засыпку между слоями металлокерамического порошка и его уплотнение, трехступенчатый нагрев с иэотермическими выдержками до

1752517

Время выдермки

Запрессовка пор

Давление, кг/мм*, пористость, а

Температура спекамия,OÑ

Скорость охра яде имя, С/ч

Известный 5

750-770

880-920

980-1020

1180-1220

115-125 мим

20-25 чин

20-25 мии

20 -25 мин

В воде 280-300

В воде

1280-1300

6-6,5 и

Запрессовывает, 1170 до пористости

5-252

На примере ме конкретизируется

Известмый

С печьо до 790--830сС затеи ородуакой аргомом со сйоростье ме менее 60 С/и

Воздействие 600 вибрцей с " 800 частотой 1-5 Гц 980

1140

1 10

1 10

1 10

1 10

Првдла гаемый

3 ч

Т ч

2 ч

4 ч

180-200

1 10.

Таблица 2

Состояние материала по границе сварного соедимемия (наличие

Отслоений оправданий) Способ

Пали ив мест оплавлеммя ивталлокерами ческого материала

Состояние иеталлокерамического материала (по наличие трецим, по мапрякенмяТь) .

Количество лор, их плоиадь в пределах ил«фа, мм

Нестное оппавление

Обцее омлазлемие

Поры 10«10 ««, Цепочка крупмых пор

la«la -

Цепочка крупмых пор по границе спе«ьния

S0-Т80 Наличие тр ИНН

Иестмое отслоение

Обиее отслоение

Известный

Т 20-160 Треаии иет

Расслоения нет Постное опяавлемие

Иэвестный

Оплавлений нет 250-350 Трещин иет

Расслоений мет

Предлагаемый Пор мет

Ф Ю

Составитель И,Пойменова

Техред M.Ìoðãåíòàë

Корректор 3.Салко

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 2721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 температуры спекания, спекание и охлаждение в начале с печью, а затем продувкой инертным газом, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий, трехступенчатый нагрев проводят в вакууме с выдержками при 980ОС в течение 2 ч, при

600 С в течение 3 ч, при 800ОС 1 ч, причем после выдержки при 600 С снижают вакуум; а нагрев до 800 С осуществляют со скоростью 180-200 С/ч, спекание проводят при

1130 — 1140 С в течение 3-4 ч, охлаждение с печью проводят до 800 С, а продувку инертным. газом осуществляют со .скоростью

5 60 С/мин.

2. Способ no n.1, отличающийся . тем, что, с целью повышения плотности, уплотнение проводят под действием низкоча. стотных колебаний.