СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПЛОТНЫХ ПОРОШКОВЫХ ДИСКОВ Российский патент 1995 года по МПК B22F3/24 B22F5/00 

Изобретение относится к порошковой металлургии.

Известен способ динамического горячего прессования (ДГП), включающий формование пористой заготовки равной высоты, ее нагрев и горячее доуплотнение, осуществляемое путем осадки.

Этот способ не позволяет изготавливать высококачественные порошковые диски из-за пониженной плотности периферийной части изделия.

Наиболее близким техническим решением является способ динамического горячего прессования порошковых изделий, включающий формование порошковой заготовки с переменной высотой, нагрев и штамповку в изделие постоянной высоты. Данный способ позволяет снизить неравномерность распределения плотности за счет компенсации недостатка материала в технологическом зазоре при заполнении последнего в процессе горячей штамповки заготовки.

Однако известный способ не обеспечивает изготовление высокоплотных порошковых дисков с повышенным качеством материала в наиболее нагруженной части. Это обусловлено тем, что при горячем доуплотнении не осуществляется дополнительная деформация порошкового материала.

Целью изобретения является повышение качества дисков путем улучшения межчастичного сращивания материала в наиболее нагруженной части изделия.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления высокоплотных порошковых дисков, заключающемся в предварительном формовании заготовки с участками переменной высоты, ее нагреве и горячем доуплотнении, при выполнении последней операции дополнительно деформируют наиболее нагруженную его часть со степенью 0,2 ... 0,6, а высоту заготовки определяют по формуле
для дисков с нагруженной наружной частью:
h_заг=h_д - в ненагруженной части;
h_заг= h · - - в нагруженной части;
для дисков с нагруженной внутренней частью:
h_заг=h_д - в ненагруженной части;
h_заг= h · - - в нагруженной части; где C= - геометрический параметр наиболее нагруженной части диска;
K= - геометрический параметр диска;
h_д - высота диска, мм;
h_заг - высота заготовки, мм;
D_o и d_o - наружный и внутренний диаметры диска, мм;
D_н - диаметр нагруженной части диска, мм;
П_д и П_о - пористость диска и заготовки.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного новым режимом формообразования изделия в процессе горячего доуплотнения пористой заготовки, заключающимся в дополнительной деформации порошкового материала со степенью 0,2 ... 0,6 наиболее нагруженной части диска и новой формой заготовки. При этом обеспечивается новое свойство - улучшение межчастичного сращивания порошкового материала в наиболее нагруженной части диска за счет пластической деформации материала частиц, дробления пленок примесей и дополнительной активации поверхности в результате этого.

На фиг. 1 представлена схема осуществления предлагаемого способа для дисков с нагруженной наружной частью; на фиг. 2 - схема осуществления способа для дисков с нагруженной внутренней частью.

Слева от осевой линии показано положение пористой заготовки 1 в матрице 2, пуансонов 3 и 4 и иглы 5 перед началом горячего доуплотнения, а справа - высокоплотный порошковый диск 6 и положение инструмента в конце горячего доуплотнения.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что при дополнительной деформации со степенью 0,2 ... 0,6 обеспечивается повышение качества межчастичного сращивания в 1,2-2,5 раза, оцениваемое по низкотемпературной трещиностойкости порошкового материала (см. таблицу).

Выявленные закономерности можно объяснить следующим.

Увеличение значений трещиностойкости К_1с при повышении степени дополнительной деформации ε _доп от 0 до 60% обусловлено улучшением качества сращивания за счет увеличения сдвиговых деформаций на контактных поверхностях и дробление пленок примесей в результате этого. Снижение К_1с при ε_доп> 60% обусловлено перенаклепом материала, что приводит к изменению характера разрушения от транскристаллитного при ε_доп=20-60% к межчастичному при ε_доп> 60% . Значения К_1с высокоплотного порошкового материала на основе ПЖВ 2.160.26 при 196^оС в зависимости от степени дополнительной деформации ε_доп представлены в таблице.

Основной геометрический параметр пористой заготовки - высоту нагруженной части пористой заготовки определим из условия равенства высот заготовки ненагруженной части диска и заготовки, обеспечивающего максимально возможную степень дополнительной деформации порошкового материала.

Исходя из равенства масс до и после деформации, получим:
для диска с нагруженной наружной частью (ДННЧ)
h_д(D²_o-d²_o)(1-П_д)=h_д(D²_н-d²_о)(1-П_о)+ + h_заг(D²_o-D²_н)(1-П_о).

для диска с нагруженной внутренней частью (ДНВЧ)
h_д(D²_o-d²_o)(1-П_д)=h_д(D²_o-D²_н)(1-П_о)+ + h_заг(D²_н-d²_o)(1-П_о).

Преобразуя, вычислим высоту заготовки в нагруженной части диска:
для ДННЧ
h_заг = =
= h · _ =
= h · - ,
для ДНВЧ
h_заг = =
= h · - .

Введем обозначения:
C= - геометрический параметр нагруженной части диска;
K= - геометрический параметр диска, тогда высота заготовки нагруженной части диска для ДНВЧ
h_заг= h · - ,
для ДННЧ
h_заг= h · - .

П р и м е р. Формование пористой заготовки производят из шихты на основе железного порошка ПЖВ 2.160.26, содержащей 0,8% графита и 5% ферромарганца ФМм 1,5 в пресс-форме по схеме одностороннего прессования на гидравлическом прессе. Давление прессования составляет 500 МПа, величина исходной пористости 20%. Высоту нагруженной внешней части диска определяют по формуле
h_заг= h · - =
= 1,5 · - = 2,05 мм , где h_д=1,5 мм - высота диска;
K== = 0,23 - геометрический параметр диска;
d_o=55 мм - внутренний диаметр диска;
D_o=115 мм - наружный диаметр диска;
C= = = 0,55 - геометрический параметр нагруженной части диска.

П_д=0,03 - остаточная пористость диска.

Спекание заготовки осуществляют в среде диссоциированного аммиака (ДА) в течение 2 ч при 1150^оС. Кратковременный нагрев под горячее доуплотнение проводят в среде ДА при 1150^оС в течение 10-12 мин. Горячее доуплотнение проводят в специальном штампе на молоте с приведенной энергией уплотнения 240 мДж/м³.

Степень дополнительной деформации наиболее нагруженной части диска составляет
ε_доп= = 1 - = 1 - = 0,27
Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующим повышение качества межчастичного сращивания порошкового материала нагруженной части диска, оцениваемое по увеличению в 2,5-2,9 раза трещиностойкости материала при 196^оС.

Сущность изобретения, в способе, включающем предварительное формование заготовки с участками переменной высоты, ее нагрев и горячее доуплотнение осуществляют дополнительную деформацию порошкового материала со степенью 0,2...0,6 наиболее нагруженной части диска, а высоту заготовки определяют по формуле. 2 ил., 1 табл.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПЛОТНЫХ ПОРОШКОВЫХ ДИСКОВ, включающий формование заготовки с участками переменной высоты, нагрев и горячее доуплотнение, отличающийся тем, что при горячем доуплотнении осуществляют дополнительную деформацию наиболее нагруженной части диска со степенью 0,2 - 0,6, а высоту заготовки h_заг определяют по формуле

в нагруженной части диска,
h_заг = h_д
в ненагруженной части диска,
где n = 1, m = 0; d = 1 - постоянные коэффициенты для диска с нагруженной наружной частью;
n = -1, m = 1; d = -1 - постоянные коэффициенты для диска с нагруженной внутренней частью;
- геометрический параметр нагруженной части диска;
- геометрический параметр диска;
h_д, h_о - высота диска и заготовки, мм;
D_о, d_о - наружный и внутренний диаметр диска соответственно, мм;
D_н - диаметр нагруженной части диска, мм;
П_д, П_о - остаточная пористость диска и исходная пористость заготовки соответственно.