Способ изготовления заготовки или полуфабриката для изделий из композиционных материалов

 

Сущность: торцовые заглушки 3 изготавливают с цилиндрическими заходными поверхностями 4 для горячей посадки в отверстия торцов внешней части 1 заготовки с шероховатостью от 4 до 200 мкм, из материала, имеющего по сравнению с материалом внешней части равный или больший термический коэффициент линейного расширения, более высокую деформируемость при равном сопротивлении деформации при температуре прессования и температуру размягчения, по меньшей мере на 90° превышающую температуру прессования Установку заглушек 3 и их соединение с трубообразной внешней частью 1 осуществляют последовательно путем нагрева внешней части и/или охлаждения заглушки до создания разности температур между ними 40-150°. Внутренняя часть заготовки состоит из сплошного сердечника 2 и промежуточной порошкообразной части. 2зпф-лы, 2 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4742126/02 (22) 06.10.89 (31) 88 2479 (32) 07.10.88 (33) AT (46) 15.12.93 Бюл. Na 45-46 (71) Белер Геэельшафт, мбХ (AT) (72) Вальтер Кройзенбруннер(АТ) (73) Белер Гезельшафт; мбХ (AT) (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ

ИЛИ ПОЛУФАБРИКАТА ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Сущность: торцовые заглушки 3 изготавливают с цилиндрическими заходными поверхностями 4 для горячей посадки в отверстия торцов внешней (19) RU (11) 2004383 С1 (51) 5 В22FЗ 04 части 1 заготовки с шероховатостью от 4 до 200 мкм, из материала, имеющего по сравнению с материалом внешней части равный ипи больший термический коэффициент линейного расширения, более высокую деформируемость при равном сопротивлении деформации при температуре прессования и температуру размягчения, по меньшей мере на 90 превышающую температуру прессования. Установку заглушек 3 и их соединение с трубообразной внешней частью 1 осуществляют последовательно путем нагрева внешней части и/или охлаждения заглушки до создания разности температур меькду ними 40-150 . Внутренняя часть заготовки согтоит из сплошного сердечника 2 и прометкуто гной порошкообразной части. 2 з.п.ф-лы, 2 ил

2004383

25

35

45

55

Изобретение относится к способу изготовления заготовки или полуфабриката для изделий из композиционных материалов, преимущественно многослойных, изготавливаемых путем горячего или горячего изостатического прессования.

Композиционные материалы целесообразно использовать для деталей машин и инструментов, к которым одновременно предъявляются различные требования, например, химическая стойкость и твердость или прочность, износостойкость и вязкость.

Создавать такие композиционные материалы можно плакированием путем сварки плавлением и т.п. или металлическим соединением двух или нескольких элементов путем формования с нагревом.

При получении металлического соединения путем формования с нагревом чаще всего отдельные детали помещают в оболочку (патент Швейцарии М 227631), герметично ее заваривают (патент США bL 4640815), и оставшуюся в оболочке полость с помощью газового патрубка заполняют инертным газом для обеспечения достаточно прочного металлического соединения, то есть для предотвращения окисления поверхности элементов при нагреве до температуры формования, или вакуумируют, после чего его перекрывают (1).

Известен способ изготовления полого цилиндра для машин для переработки пластмассы с наружной трубой и внутренней трубой из различных материалов, заключающийся в основном в том, что в оболочковую трубу, расположенную при определенных обстоятельствах в трубе-кожухе, иэ вязкого сплава вводят заполнитель из порошкообраэного высокоизносостойкого и/или корроэионностойкого материала, преимущественно с оставлением свободной полой зоны оболочковой трубы, и запирают на концах оболочковой трубы, соответственно концах трубы-кожуха, за счет наваривэния, соответственно приваривэния, крышки, после чего или перед чем производят вакуумирование и запертую таким образом трубу спрессовывают при температуре ниже точек плавления металлических материалов с помощью давления по меньшей мере 900 бар, и получен.ный таким образом составной корпус, имеющий металлическое соединение по всей поверхности между оболочковой трубой и герметиэированным материалом, обрабатывают со снятием материала с образованием полого цилиндра машины.

Композиты с внутренним компонентом и окружающим его внешним компонентом, расположенным, например, концентрично, предпочтительно и дешевле получать из полуфабриката, в котором внешняя часть служит одновременно и оболочкой, при этом к внешней части по торцам привариваются только днища оболочки или заглушки, Недостатком при этом является то, что, если наружная часть выполнена из трудносвариваемого или свариваемого только с соответствующим предварительным нагревом материала, например инструментальная сталь для холодной обработки (ДИН 1.2378 и т.п,), требуются дополнительные мероприятия, например, размещение так называемых установок буферной сварки с промежуточным отжигом всей внешней части и очисткой, то есть удалением окалины, особенно в зонах, подвергаемых нагреву, прежде чем можно герметично приваривать заглушки, а сам сварочный шов даже во время нагрева полуфабриката до температуры обработки остается свободным от трещин и никаких трещин не образуется в материале основы. Однако такие мероприятия очень дороги и не производительны и не дают достаточной гарантии выхода годных изделий. По этим причинам и так кэк некоторые специальные материалы не могут быть соединены с заглушками при соблюдении поставленных требований путем сварки плавлением, то получение исходного материала необходимо осуществлять путем многократного приваривания соединяемых элементов в теряемой оболочке, выполненной из свариваемого материала.

Задачей изобретения является предупредить указанные выше недостатки и создать способ изготовления деталей из комбинированного материала за счет горячего пластического формования или термоизостатического прессования.

Цель изобретения — повышение выхода годных иэделий.

Цель достигается тем, что в способе изготовления заготовки или полуфабриката для изделий из композиционных материалов, преимущественно многослойных, изготавливаемых путем горячего или горячего иэостатического прессования. включающем использование трубообразной внешней части и двух торцовых заглушек с патрубком, по меньшей мере. одной внутренней части, состоящей иэ сплошного и/или порошкообразного материала, размещение внутренней части во внешней части заготовки, установку торцовых заглушек и их газоплотное соединение с внешней трубообразной частью, присоединение патрубка к вакуумной или газовой магистрали для создания защитной атмосферы и последующую герметизацию заготовки со стороны патрубка, 2004383

10

55 торцовые заглушки изготавливают с цилиндрическими эаходными поверхностями для горячей посадки в отверстия торцов внешней части заготовки с шероховатостью поверхностей от 4 до 200 мкм, иэ материала, имеющего по сравнению с материалом внешней трубообразной части равный или больший термический коэффициент линейного расширения, более высокую деформируемость при равном сопротивлении деформации при температуре прессования и температуру размягчения, по меньшей мере. на 90 С превышающую. температуру прессования, а установку торцовых заглушек и их соединение с трубообразной частью осуществляют последовательно путем нагрева внешней части и/или охлаждения заглушки до создания разности температур между ними 40-150 С, сборки и выдержки до выравнивания температур, причем размещение внутренней части заготовки во внешней осуществляют после установки первой заглушки и перед установкой второй заглушки, а создание защитной атмосферы ведут путем заполнения заготовки инертным газом или ее вакуумирования. Разность температур между внешней частью и заглушкой устанавливают 100 С путем охлаждения заглушки в охлаждающей среде, например, в жидком воздухе или жидком азоте, а выравнивание температур осуществляют до комнатной температуры. Заглушки изготавливают из аустенитного сплава, например, из хромоникелевой, марганцевой или никель-марганцевой стали.

Вопреки предубеждению специалиста в отношении того, что при вакуумно-плотной горячей посадке. т.е. при высоких растягивающих напряжениях, возникающих во внешней части в результате расширения заглушки, особенно если внешняя часть выполнена из хрупкого материала, будут образовываться трещины и что по причине увеличения растягивающих напряжений и уменьшении пластичности материала при прохождении температуры охрупчивания во время нагревания до температуры формования будут образовываться новые трещины, было обнаружено, что при использовании заглушек из аустенитного материала никаких трещин во внешней части не образуется даже во время нагревания, если даже она выполнена из материала с малой вязкостью, то есть хрупкого. Кроме того, было обнаружено, что при структурных преобразованиях в материале внешней части при нагревании, которые связаны с объемными изменениями, газо- или вакуумплотность прессовой посадки сохраняется.

Удалось установить, что при изготовлении комбинированных материалов согласно изобретению выход годных изделий существенно увеличивается, так как, с одной стороны, повышается надежность и качество соединения между наружной частью и заглушкой и не могут возникать сварные трещины, с другой стороны — существенно меньшим является концевой отход деформированной эа счет прокатки или ковки заготовки.

На фиг.1 показан полуфабрикат для детали из композиционного материала, состоящего из двух компонентов; на фиг.2 — то же, из трех компонентов, Во внешней части размещена твердая внутренняя часть 2, а также в нее с торцовых сторон частично входят заглушки 3. Пригоночные поверхности 4 образованы ступенчатым сечением стенок внешней части и соединяемых с ней заглушек. Одна из заглушек снабжена газовым патрубком 5. Между внешней частью 1 и внутренней частью 2 в полуфабрикате имеется полое пространство 6. Заглушки 3 имеют крепежные приспособления 7.

На фиг,2 показан полуфабрикат для изготовления детали иэ композиционного материала, состоящий из трех компонентов: внешняя часть 1, внутренняя часть 9 из сплошного 2 и порошкообразного 8 материала, при этом между жестким сердечником

2, установленным в позиционирующих местах 10 заглушек 3, и внешней частью 1, в которую входят заглушки 3, расположена промежуточная порошкообразная часть 9.

Заглушка 3, которая снабжена газовым патрубком 5, имеет крепежное приспособление, выполненное в виде глухого отверстия.

Изображенные на фиг.1 и 2 полуфабрикаты были изготовлены за счет вставления охлажденных до минус 120 С заглушек 3 в находящиеся при комнатной температуре наружные части 1 с последующим выравниванием температур, после чего в конце концов производилась прокатка или ковка в горизонтально-ковочной машине. При изготовлении согласно изобретению 500 деталей не возникали трещины и выход деталей составил 92, Напротив, при традиционном способе изготовления с ввариванием заглушек в наружную часть потребовалось в

26 раз большее время, при этом каждая 8-я деталь при нагреве до температуры пластического формования приобретала трещины и ее требовалось отбраковать, соответст2004383 венно превратить в лом, и выход деталей (56) Европейская заявка ЬЬ 0114593, составил лишь 79ь. кл. В 22 F 7/04, 1982.

Формула изобретения

7 70

89

Фью. g

54 1Z

Составитель А.Думчев

Редактор Е,Полионова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Заказ 3369

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ИЛИ llOflYOAEPVIKATA ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ, преимущественно много- 10 слойных, изготавливаемых путем горячего или горячего иэостатического прессования, включающий использование трубообраэной внешней части и двух торцевых заглушек с патрубком по меньшей мере одной 15 внутренней части, состоящей из сплошного и/или порошкообразного материала, размещение внутренней части во внешней части заготовки, установку торцевых заглушек и их газоплотное соединение с внеш- 20 ней трубообразной частью, присоединение патрубка к вакуумной или газовой магистрэли для создания защитной атмосферы и последующую герметизацию заготовки со стороны патрубка, отличающийся тем, что, 25 с целью повышения. выхода годных изделий, торцевые заглушки изготавливают с цилиндрическими заходными поверхностями для горячей посадки в отверстия торцов внешней части заготовки с шероховато-30 стью поверхностей от 4 до 200 мкм из материала, имеющего по сравнению с материалом внешней трубообразной части равный или больший термический коэффициент линейного расширения, более высо- кую деформируемость при равном сопротивлении деформации при температуре прессования и температуру размягчения, по меньшей мере на 90 С превышающую температуру прессования. а установку торцевых заглушек и их соединение с трубообразной внешней частью осуществляют последовательно путем нагрева внешней части и/или охлаждения заглушки до создания разности температур между ними

40- 150 С, сборки и выдержки до выравнивания температур, причем размещение внутренней части заготовки по внешней осуществляют после установки первой за-; глушки и перед установкой второй эаглуш- ки, а создание защитной атмосферы ведут путем заполнения заготовки инертным газом или ее вакуумирования.

2. Способ по п,1, отличающийся тем, что разность температур между внешней частью и заглушкой устанавливают 100 С путем охлаждения заглушки в охлаждающей среде, например в жидком воздухе или жидком азоте, а выравнивание температур осуществляют до комнатной температуры.

3. Способ по п,1 или 2, отличающийся тем, что заглушки изготавливают из аустенитного сплава, например из хромоникелевой, марганцевой или никель-марганцевой стали.