Способ получения прутков из металлического порошка методом горячей экструзии Российский патент 2025 года по МПК B22F3/20 B21C23/02 

Описание патента на изобретение RU2836113C1

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения прутков из металлических порошков методами обработки давлением, и может быть использовано в том числе для переработки металлических порошков, полученных в виде отходов от аддитивного производства.

Известен способ получения длинномерных прутков титана и его сплавов методом экструзии с использованием сдвиговой деформации РКУП-Конформ, заключающийся в том, что на первом этапе порошковая масса подается на вращающееся колесо, где происходит ее нагрев за счет внутреннего трения между частицами порошка, а также между порошком и поверхностью рабочего инструмента и увеличение плотности до момента поступления порошка в отверстие матрицы. Далее при увеличении давления и температуры порошок экструдируется через канал матрицы, расположенный радиально по отношению к колесу. В результате чего из исходного порошка получают пруток определенного диаметра. Излишки материала, которые остаются на барабане, срезаются специальным ножом (Патент США №9468960, МПК С22С 14/00; С22С 19/00, 2012).

Недостатки описанного способа заключаются, во-первых, в отсутствии защитной атмосферы и возможном окислении порошкового материала при чрезмерном нагреве в процессе деформации. Также при использовании данного метода для обработки порошковых материалов отсутствует возможность использования смазки, что приводит к повышенным усилиям деформации, и как следствие, отсутствию возможности прессования материалов с повышенной прочностью, а также дополнительному износу оборудования.

Известен способ получения деформированных полуфабрикатов из металлической стружки методом горячей экструзии, включающий дробление и очистку стружки, холодное прессование брикетов, укладку брикетов в металлическую капсулу с последующей герметизацией, например сваркой, нагрев, загрузку в прессовую оснастку и горячую деформацию до относительной плотности стружечной массы не менее 0,95. Перед холодным прессованием брикетов проводят дегазацию стружки, а горячую деформацию осуществляют путем прессования с последующим прорывом дна капсулы и экструзией стружечной массы через отверстие матрицы прессовой оснастки, после чего экструдированные заготовки подвергают отжигу и дополнительной горячей деформации, например прокатке (Патент РФ №2228960, С22В 1/248, 7/00, B22F 8/00). К недостаткам данного способа следует отнести необходимость предварительного холодного прессования стружки, а также укладку спрессованных брикетов в капсулу перед герметизацией, что может привести к внедрению газовых примесей, которые были удалены дегазацией стружки перед холодным прессованием.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является принятый за прототип способ получения прутков из быстрорежущей стали, заключающийся в использовании технологии экструдирования металлического порошка, включающей засыпку порошка в оболочку, ее герметизацию, экструзию и последующую деформацию до заданного размера путем горячей прокатки в две стадии (Патент РФ №2015852, МПК B22F 3/20).

К недостаткам данного способа следует отнести необходимость проведения предварительной дегазации порошка в вакууме, что усложняет и удорожает технологический процесс, а также необходимость снятия металлической оболочки-капсулы после горячей экструзии.

Технический результат, решаемый изобретением, заключается в получении прутков круглого сечения из различных металлических порошков, в том числе отходов аддитивного производства, с пониженным содержанием газовых примесей и высокой относительной плотностью путем их компактирования методом горячей экструзии без использования оболочки.

Технический результат достигается тем, что прутки круглого сечения из различных металлических порошков получают путем засыпки порошка в многоразовый стакан из жаропрочной стали с помещенным на дно порошком гидрида титана на первом этапе, последующего нагрева стакана с порошковой массой до температуры деформации, сопровождающегося очищением порошковой массы водородом, и последующего экструдирования до требуемого диаметра со степенью вытяжки λ=1,5-16 с использованием пуансона диаметром, равным внутреннему диаметру стакана.

Общий вид стакана, подготовленного для проведения экструзии, представлен на фиг. 1. Сущность изобретения заключается в том, что для получения компактных заготовок из порошков различных металлических материалов методом экструзии используется многоразовый съемный стакан из жаропрочной стали (поз. 1 на фиг. 1), в который на дно (поз. 7 на фиг. 1) помещается гидрид титана (поз. 5 на фиг. 1), необходимый для создания восстановительной атмосферы в процессе прессования. В верхней пробке делается технологическое отверстие, которое закрывается легкоплавким металлом, например алюминием. При нагреве, начиная с температуры 300°С, происходит разложение (дегидрирование) гидрида титана, что приводит к выделению водорода, который, проходя через водородопроницаемую подвижную перегородку (поз. 6 на фиг. 1), очищает поверхность порошка (поз. 4 на фиг. 1) и препятствует его окислению. В процессе выделения водорода происходит повышение давления внутри стакана, приводящее к выталкиванию части пробки металла в верхней части оболочки (поз. 2 на фиг. 1) и образованию факела (поз. 3 на фиг. 1). Процесс прессования начинается после уменьшения факела примерно до 10 мм. За счет использования пуансона диаметром, равным внутреннему диаметру стакана, происходит экструдирование только порошка без деформации стакана, и на выходе из матрицы получается компактная заготовка без наружной оболочки. По завершении процесса прессования стакан может быть повторно использован, что позволяет снизить расходы на производство и уменьшить количество отходов. Пресс-остаток после экструзии удаляется с помощью продавливания через канал матрицы за счет использования специальной графитовой вставки до полного выхода материала из матрицы.

После проведения экструзии готовый пруток с высокой плотностью и низким содержанием газовых примесей может быть подвергнут дополнительной горячей деформации, например ротационной ковке, с целью получения требуемого диаметра. Также для получения металлического порошка для его дальнейшего использования, в том числе для аддитивных технологий, полученный пруток может быть подвергнуть диспергированию расплава, например, центробежной атомизацией.

Результаты апробации заявленного способа приведены в виде конкретных примеров.

Пример 1. Процесс прессования был выполнен с использованием гидравлического пресса вертикального исполнения с усилием 2,5 МН. Для создания капсулы использовался стакан из штамповой стали 5ХНМ высотой 100 мм, внешним диаметром 30 мм и толщиной стенки 5 мм. Герметичность дна стакана обеспечивалась графитовой перегородкой толщиной 1,5 мм и диаметром, соответствующим внутреннему диаметру стакана. В подготовленную капсулу был засыпан порошок гидрида титана до высоты 20 мм без дополнительного уплотнения. Поверх засыпанного гидрида титана размещалась перфорированная стальная пластина толщиной 0,5 мм и диаметром 20 мм. Далее, на стальную перегородку засыпался порошок из быстрорежущей стали 10Р6М5 на высоту 73 мм. В верхней части капсулы устанавливалась графитовая вставка 2 толщиной 3 мм с центральным отверстием диаметром 1 мм, закрытым алюминиевой фольгой. Заполненная порошком капсула помещалась в печь, предварительно нагретую до 1000°С. Через 15 минут после начала нагрева в результате выхода водорода происходило образование факела. При уменьшении размера факела до 10 мм стакан с нагретым порошком перемещали в специальную оснастку для проведения процесса экструзии. При проведении экструзии порошок стали 10Р6М5 выдавливался через очко матрицы диаметром 10 мм и углом входного конуса 60°. Коэффициент вытяжки составлял λ=4. В результате был получен пруток диаметром 10 мм и длиной 100 мм. После завершения прессования графитовая вставка, оставшаяся в очке матрицы, была удалена вручную. Относительная плотность полученного после экструзии прутка из стали 10Р6М5 составила 0,97.

Пример 2. Получение деформированных прутков из металлического порошка алюминия марки ПА-0

Процесс прессования проводился с помощью вертикального гидравлического пресса усилием 2,5 МН. Для создания капсулы использовался стакан из штамповой стали 5ХНМ размером 100×30 мм с толщиной стенки 5 мм. Герметичность дна стакана обеспечивалась графитовой перегородкой толщиной 1,5 мм и диаметром, соответствующим внутреннему диаметру стакана. В подготовленную капсулу был засыпан порошок гидрида титана до высоты 20 мм без дополнительного уплотнения. Поверх засыпанного гидрида титана размещалась перфорированная стальная пластина толщиной 0,5 мм и диаметром 20 мм. Затем засыпали алюминиевый порошок ПА-0 до высоты 73 мм. Капсула помещалась в нагретую до 450°С печь. После образования факела через 15 минут капсулу перемещали в специальную оснастку для проведения экструзии. При проведении экструзии порошок ПА-0 выдавливался через очко матрицы диаметром 10 мм и углом входного конуса 60°. Коэффициент вытяжки составлял λ=4. В результате был получен пруток диаметром 10 мм и длиной 107 мм. Относительная плотность полученного прутка составила 0,98.

Исходя из представленных примеров, можно заключить, что благодаря заявленному способу удалось получить деформированные прутки из порошков быстрорежущей стали марки 10Р6М5 и алюминия марки ПА-0.

Технико-экономический эффект заявленного способа состоит в обеспечении возможности получать прутки из металлических порошков более эффективным и экономичным методом горячей экструзии, сочетая в себе повышение коэффициента использования металла и упрощение технологического процесса за счет исключения операции отделения капсулы от готового полуфабриката.

Похожие патенты RU2836113C1

название год авторы номер документа
Способ сборки капсулы для экструзии изделий из металлического порошка 1990
  • Гулько Валерий Израйлович
  • Гиршов Владимир Леонидович
  • Семенова Галина Васильевна
  • Масловский Геннадий Васильевич
  • Белошицкий Валерий Николаевич
SU1770088A1
Способ изготовления прутков из металлических порошков 1986
  • Арефьев Борис Александрович
  • Пановко Виктор Михайлович
  • Погосян Армен Вардович
  • Юсупов Владимир Сабитович
  • Андреасян Альфред Амаякович
SU1382589A1
Способ изготовления деформированных прутков из порошков быстрорежущей стали 1986
  • Братцев Владимир Васильевич
  • Пановко Виктор Михайлович
  • Стоян Михаил Боянович
  • Тарасевич Юрий Федорович
  • Шелест Анатолий Ефимович
  • Юсупов Владимир Сабитович
SU1362566A1
Способ получения заготовок для прессования изделий из порошка 1988
  • Горох Владимир Григорьевич
  • Королев Аркадий Васильевич
SU1634363A1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПОРИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ПОРОШКОВЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 1997
  • Литвинцев А.И.
  • Литвинцев С.А.
RU2121904C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАЛИ С УПРОЧНЯЮЩИМИ НАНОЧАСТИЦАМИ 2011
  • Родин Виктор Никифорович
  • Сафронов Борис Владимирович
  • Чуканов Андрей Павлович
  • Агеев Валерий Семенович
  • Никитина Анастасия Андреевна
  • Глаговский Эдуард Михайлович
  • Неворотин Вадим Кириллович
RU2493282C2
Способ получения заготовок из металлического порошка 1984
  • Карелин Федор Романович
  • Лешкевич Галина Георгиевна
  • Пановко Виктор Михайлович
  • Корнеев Лев Иванович
  • Мелентьев Иван Васильевич
  • Скурихин Михаил Николаевич
  • Ушаков Валерий Константинович
SU1217571A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ МЕДИ 1997
  • Куимов С.Д.
  • Иванов В.А.
  • Федотов Н.А.
  • Коноплев В.Н.
RU2117062C1
Заготовка для изготовления прутков с внутренними каналами 1982
  • Войцеховский Владимир Андреевич
  • Симовских Владимир Николаевич
  • Гросман Александр Бенционович
  • Бурмистров Владимир Иванович
  • Замараев Валерий Константинович
SU1052336A1
Способ изготовления деформированных прутков из порошков быстрорежущих сталей 1980
  • Вязмитинова Людмила Геннадиевна
  • Лешкевич Галина Георгиевна
  • Павлов Игорь Михайлович
  • Пановко Виктор Михайлович
  • Тарасевич Юрий Федорович
  • Шелест Анатолий Ефимович
  • Юсупов Владимир Сабитович
  • Гиршов Владимир Леонидович
  • Калякина Елена Георгиевна
  • Гусев Дмитрий Иванович
  • Сокол Исаак Яковлевич
  • Мебель Владимир Симонович
SU969457A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 836 113 C1

Реферат патента 2025 года Способ получения прутков из металлического порошка методом горячей экструзии

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения прутков из металлических порошков. Может использоваться для переработки отходов от аддитивного производства в виде металлических порошков. На дно капсулы в виде многоразового стакана из жаропрочной стали помещают гидрид титана, размещают на нем водородопроницаемую подвижную перегородку и засыпают металлический порошок. Осуществляют нагрев до температуры деформации, сопровождающийся разложением гидрида титана и выделением водорода, который при прохождении через упомянутую водородопроницаемую перегородку очищает поверхность металлического порошка. Экструдирование проводят с использованием пуансона диаметром, равным внутреннему диаметру многоразового стакана из жаропрочной стали, со степенью вытяжки λ=1,5-16. Обеспечивается пониженное содержание газовых примесей и высокая относительная плотность. 1 ил., 2 пр.

Формула изобретения RU 2 836 113 C1

Способ получения прутка из металлического порошка методом горячей экструзии, включающий засыпку металлического порошка в капсулу, нагрев и экструдирование, отличающийся тем, что используют капсулу в виде многоразового стакана из жаропрочной стали, при этом на дно стакана помещают гидрид титана, размещают на нем водородопроницаемую подвижную перегородку и засыпают металлический порошок, затем осуществляют нагрев до температуры деформации, сопровождающийся разложением гидрида титана и выделением водорода, который при прохождении через упомянутую водородопроницаемую перегородку очищает поверхность металлического порошка, а экструдирование проводят с использованием пуансона диаметром, равным внутреннему диаметру многоразового стакана из жаропрочной стали, со степенью вытяжки λ = 1,5-16.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2025 года RU2836113C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРУТКОВ ИЗ ПОРОШКОВОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ 1991
  • Толкачева Е.П.
  • Краснов А.В.
  • Лузин Ю.Ф.
  • Малов Е.В.
RU2015852C1
Способ сборки капсулы для экструзии изделий из металлического порошка 1990
  • Гулько Валерий Израйлович
  • Гиршов Владимир Леонидович
  • Семенова Галина Васильевна
  • Масловский Геннадий Васильевич
  • Белошицкий Валерий Николаевич
SU1770088A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ 2014
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Гращенков Денис Вячеславович
  • Ефимочкин Иван Юрьевич
  • Родионов Антон Игоревич
  • Черепанин Роман Николаевич
  • Базылева Ольга Анатольевна
  • Туренко Елена Юрьевна
RU2563084C1
WO 1996024455 A1, 15.08.1996
KR 1020120070612 A, 29.06.2012.

RU 2 836 113 C1

Авторы

Юсупов Владимир Сабитович

Куприков Михаил Павлович

Карелин Роман Дмитриевич

Андреев Владимир Александрович

Комаров Виктор Сергеевич

Акопян Карен Эдуардович

Якушевич Николай Викторович

Лайшева Надежда Владимировна

Лазаренко Галина Юрьевна

Даты

2025-03-11Публикация

2024-05-22Подача