ЗАГОТОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ СМЕСЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B22F3/23 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к методам получения твердосплавных изделий.

Известна заготовка для получения изделий из экзотермических смесей, представляющая собой прессованный брикет из порошков металлов и неметаллов, выполненный в виде цилиндра (Епишин К.Л. Питюлин А.Н. Мержанов А.Г. Уплотнение материалов, образующихся при СВС Порошковая металлургия, N 6, 1992, с. 14). Заготовку в защитной песчаной оболочке помещают в закрытую матрицу. Затем локально инициируют реакцию горения, которая протекает в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), и производят горячее прессование продуктов горения, получая изделие, форма которого соответствует форме шихтовой заготовки.

Достоинством цилиндрической формы заготовки является, во-первых, простота конструкции пресс-формы, и во-вторых, практически отсутствуют искажения формы синтезированного изделия. Недостаток цилиндрической заготовки состоит в том, что при изготовлении из нее деталей, имеющих форму параллелепипеда, например, режущих пластин, образуется много отходов и выход годного невысок.

Отличительной особенностью горячего прессования продуктов СВ-синтеза является то, что уплотнение продуктов горения происходит при постоянном теплоотводе в окружающую среду. При этом скорость охлаждения ребер и прилегающих к ним объемов больше скорости охлаждения граней и внутренних объемов. В результате в призматических заготовках формируется неоднородное температурное поле, которое обуславливает неоднородность механических свойств. Более холодные и прочные боковые ребра и прилегающие к ним объемы уплотняются меньше, чем боковые грани и внутренние объемы заготовки. В итоге неоднородность температурного поля и механических свойств приводит к появлению разнотолщинности изделий, получаемых из призматических заготовок.

Патентуется заготовка для получения изделий из экзотермических смесей порошков металлов и неметаллов, представляющая собой прессованный брикет, выполненный в форме многогранной призмы, в частности, квадратной или прямоугольной пластины в углах, которых выполнены плоские или круглые фаски со стороной a или радиусом R, величина которых составляет

где
h величина припуска на механическую обработку боковой поверхности призмы;
α угол при вершине бокового ребра призмы.

Существенное отличие предлагаемой призматической заготовки состоит в том, что вершины углов (в плане) заменены на плоские или круглые фаски. Наличие фасок уменьшает теплоотвод от боковых ребер и прилегающих к ним объемов.

В результате распределение температуры и механических свойств по сечению заготовки становится более равномерным и разнотолщинность изделия, синтезированного из призматической заготовки, снижается.

Общий вид заготовки показан на чертеже.

Шихтовая заготовка представляет собой прессованный брикет из экзотермической смеси порошков металлов и неметаллов, выполненный в виде квадратной пластины постоянной толщины. На боковых ребрах шихтовой заготовки выполняются плоские или круглые фаски. Геометрические параметры фасок (сторона a для плоских и радиус R для круглых) зависят от величины припуска h на механическую обработку боковых граней и величины угла a при вершине боковых ребер. Максимальные значения параметров a и R составляют:

Число боковых ребер и величина угла α зависят от типа многоугольника, лежащего в основании призмы. Для квадратной и прямоугольной заготовок угол a 90^o и параметры фасок равны: a 2h, R 3,4 h. Фаски могут выполняться либо непосредственно в процессе формования шихтовой заготовки в пресс-форме, либо после формования шихтовой заготовки путем срезания вершин боковых ребер.

С физической точки зрения в заготовках с фасками уменьшается площадь поверхности, с которой происходит теплоотвод в окружающую среду. Этот эффект проявляется локальным образом в окрестности боковых ребер с характерным размером a или R. Более эффективное действие вызывают круглые фаски. Так, для a 90^o площадь боковой поверхности в окрестности ребра в случае плоской фаски уменьшается в 1,4 раза, при выполнении круглой фаски в 1,7 раза. С уменьшением площади теплопроводящей поверхности снижается скорость охлаждения боковых ребер. Это приводит к выравниванию температуры и механических свойств по сечению заготовки. Соответственно, уменьшается разнотолщинность изделий, синтезированных из призматических заготовок.

Пример.

Изготавливают квадратную пластину с номинальными размерами 70х70х7 мм из экзотермической смеси, соответствующей получению твердого сплава состава TiC +20% Ni. Синтез и прессование осуществляют в пресс-форме диаметром 125 мм на пресс Д-1932 с номинальным усилием 1600 кн. Твердосплавную пластину получают из шихтовой заготовки массой 0,2 кг с размерами 70х70х12 мм.

Вариант 1. Боковые ребра шихтовой заготовки выполнены без фасок. Толщина твердосплавной пластины в средней части составляет 7,2 мм, в угловых зонах - 10 мм, т.е. разнотолщинность равна 2,8 мм.

Вариант 2. На всех боковых ребрах шихтовой заготовки выполнены плоские фаски со стороной a 2,5 мм. Твердосплавная пластина в средней части имеет толщину, равную 7,2 мм, в угловых зонах 8,5 мм. Разнотолщинность равна 1,3 мм или уменьшилась в 2 раза по сравнению с вариантом 1.

Таким образом, предлагаемая призматическая заготовка с плоскими или круглыми фасками, выполненными на углах призмы, позволяет уменьшить искажение формы изделий и объем последующей механической обработки.

Использование: порошковой металлургии для получения твердосплавных изделий. Сущность изобретения: заготовка для получения изделий из экзотермических смесей порошков металлов и неметаллов, представляющая собой прессованный брикет, выполненный в форме многогранной призмы, в частности, квадратной или прямоугольной пластины, причем на углах призмы выполнены плоские или круглые фаски со стороной a или радиусом R, величина которых составляет

где
h - величина припуска на механическую обработку боковой поверхности призмы;
α - угол при вершине бокового ребра призмы. 1 ил.

Заготовка для получения изделий из экзотермических смесей порошков металлов и неметаллов, содержащая прессованный брикет, отличающаяся тем, что брикет выполнен в форме многогранной призмы, в частности квадратной или прямоугольной пластины, причем на боковых ребрах призмы выполнены плоские или круглые фаски со стороной
a = 2h/sinα
или радиусом

где h величина припуска на механическую обработку боковой поверхности призмы;
α - угол при вершине бокового ребра призмы.