Способ изготовления изделий из шихты на основе металлического порошка, модифицированного диэлектрическими порошками Российский патент 2022 года по МПК B22F3/14 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении порошковых деталей без печного нагрева.

В технологии порошковой металлургии известен способ изготовления спеченных изделий из электропроводных материалов, заключающийся в загрузке порошка в проходной штамп и горячем профильном прессовании путем уплотнения и спекания прямым пропусканием электрического тока в продольном направлении, которое осуществляется после достижения степени уплотнения 50-75%, описанный в патенте SU 1050552.К. Лихтингхаген, Г. ГмбХ-ДЕФА Верке. Способ изготовления спеченных изделий из электропроводных материалов.

Недостатками этого способа являются невозможность изготовления изделий с переменным поперечным сечением по их длине и низкое качество материала порошковых изделий вследствие относительно высокой конечной пористости.

Из статьи Н. Suematsu et al, Two-step-pressurization method in pulsed electric current sintering of M0O₃ for production of ^99mTc radioactive isotope (J. of Asian Ceramic Soc, 2020, v. 8, no. 4, p.p.1154-11161, опубликована онлайн 30.09.2020) известен способ получения высокоплотных изделий из порошка М0О₃. Однако из материалов статьи следует, что авторами использовалась методика проведения эксперимента, включающая пропускание электрического тока в процессе прессования. Пропускание электрического тока при первоначальном приложении давления вызывает сцепление частиц, затрудняющее структурную деформацию прессовки, характерную для начальной стадии уплотнения. В результате чего для получения высокоплотного состояния необходимо приложение большего усилия прессования.

Наиболее близким к предлагаемому способу является СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ШИХТЫ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА (Егоров С.Н., Медведев Ю.Ю., Егоров М.С., Егорова И.Ф. Способ изготовления изделий из шихты на основе металлического порошка. Патент РФ №2210460, МПК В22F 3/105, опубликован 20.08.2001 г.). Сущность способа заключается в уплотнении и спекании шихты на основе металлического порошка в закрытом штампе при периодическом прямом пропускании электрического тока в продольном направлении в процессе прессования, причем после достижения пористости 10-15% уплотнение осуществляется перемещением нижнего пуансона.

Недостатком этого способа является невозможность получения высокого предела прочности на изгиб и низкой остаточной пористости для порошковых материалов на основе металлического порошка, модифицированных диэлектрическими порошками.

Технической задачей предлагаемого изобретения являются получение высокого предела прочности на изгиб и низкой остаточной пористости для порошковых материалов на основе металлического порошка, модифицированного диэлектрическими порошками.

Техническим результатом изобретения является возможность изготовления изделий из порошковых материалов на основе металлического порошка, модифицированного диэлектрическими порошками с высоким пределом прочности и низкой остаточной пористостью.

Сущность изобретения заключается в определенной последовательности операций:

1. Предварительное уплотнение шихты из порошковых материалов на основе металлического порошка, модифицированного диэлектрическими порошками до пористости 25-30% в закрытом штампе.

2. Затем постоянное прямое пропускание электрического тока в продольном направлении.

3. Последующее уплотнение давлением, превышающим первоначальное.

Закрытая конструкция штампа позволяет изготавливать порошковые изделия с переменным поперечным сечением по их длине. Прессование шихты с первоначальным давлением обеспечивает плотную укладку частиц порошка, улучшающее условия для протекания электрического тока. Постоянное пропускание электрического тока после процесса прессования позволяет регулировать температуру в полости матрицы и обеспечивает улучшение межчастичного сращивания. Последующее уплотнение шихты давлением, превышающим первоначальное позволяет получать порошковые изделия с остаточной пористостью 0,5-1% и высоким пределом прочности на изгиб.

Пример.

Для подтверждения возможности изобретения в лаборатории на кафедре «Технология машиностроения, технологические машины и оборудование Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова изготовлен контакт электрический с переменным поперечным сечением по указанному способу в трех вариантах:

1. Порошковая шихта следующего состава: медный порошок марки ПМС-1- 20% и карбид вольфрама WC-08 - 80% подвергалась статическому прессованию в нетокопроводящей матрице закрытого штампа при начальном давлении 250 МПа с последующим пропусканием электрического тока силой 1000 А. Продолжительность цикла составляла 40 с. Дальнейшее уплотнение осуществлялось перемещением верхнего и нижнего пуансонов. Конечная пористость материала контакта электрического с переменным поперечным сечением составила 1,2% при давлении 400 МПа. Относительно низкое значение остаточной пористости и качественное межчастичное сращивание позволило обеспечить предел прочности на изгиб 1230МПа.

2. Порошковая шихта следующего состава: медный порошок марки ПМС-1- 80% и карбид титана TiC - 20% подвергалась статическому прессованию в нетокопроводящей матрице закрытого штампа при начальном давлении 220 МПа с последующим пропусканием электрического тока силой 1000 А. Продолжительность цикла составляла 30 с. Дальнейшее уплотнение осуществлялось перемещением верхнего и нижнего пуансонов. Конечная пористость материала контакта электрического с переменным поперечным сечением составила 1,8% при давлении 320 МПа. Относительно низкое значение остаточной пористости и качественное межчастичное сращивание позволило обеспечить предел прочности на изгиб 780МПа.

3. Порошковая шихта следующего состава: медный порошок марки ПМС-1- 80% и карбид хрома Сr₃С₂ - 20% подвергалась статическому прессованию в нетокопроводящей матрице закрытого штампа при начальном давлении 240 МПа с последующим пропусканием электрического тока силой 1000 А. Продолжительность цикла составляла 35 с. Дальнейшее уплотнение осуществлялось перемещением верхнего и нижнего пуансонов. Конечная пористость материала контакта электрического с переменным поперечным сечением составила 1,6% при давлении 350 МПа. Относительно низкое значение остаточной пористости и качественное межчастичное сращивание позволило обеспечить предел прочности на изгиб 820МПа.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении изделий без печного нагрева. Порошковую шихту, содержащую металлический порошок, модифицированный диэлектрическими порошками, помещают в закрытый штамп. Сначала прессуют путём уплотнения при первоначальном давлении, после чего постоянно пропускают электрический ток в продольном направлении. Затем проводят уплотнение шихты прессованием при давлении, превышающем первоначальное. Технический результат: высокий предел прочности на изгиб и низкая остаточная пористость полученных изделий.

Способ изготовления изделий из шихты на основе металлического порошка, модифицированного диэлектрическими порошками, заключающийся в загрузке порошковой шихты в закрытый штамп и ее прессовании путем уплотнения и спекания прямым пропусканием электрического тока в продольном направлении, отличающийся тем, что на первом этапе осуществляется прессование в закрытом штампе с первоначальным давлением, а затем постоянное пропускание электрического тока в продольном направлении, с последующим уплотнением при давлении, превышающем первоначальное давление.