Способ получения многослойных изделий Советский патент 1993 года по МПК B22F3/23 B22F7/04 

Изобретение относится к. порошковой металлургии, в частности к способу получения многослойных изделий и может быть использовано для изготовления Штампов, футеровки плавильных печей и режущих пластин.

Известен способ получения многослойных изделий с рабочей поверхностью из твердого сплава, заключающийся в напрессовывании на материал основы, покрытого слоем меди, порошка твердого сплава, например карбида вольфрама, напрессовывании на слой карбида вольфрама меди в количестве, достаточном для пропитки карбида вольфрама, и последую:щем спекании в инертной атмосфере.

Недостатком известного способа является использование дорогостоящего сырья, сложного печного и нагревательного оборудования, а также многостадийность и длительность технологического процесса.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения многослойных изделий, включающий засыпку экзотермической смеси окислов металлов IV-VIII групп периодической таблицы с восстановителем, выбранным из группы, состоящей из алюминия, циркония, магния и титана, и неметалл или его окисел,; выбранный из группы; углерод, бор, кремний, борный ангидрид, двуокись кремния, подачу в нее газообразной среды аргона или азота при давлении 1-100 ати и воспламенение смеси.

Недостатком известного способа является невозможность получения двухслойных изделий, состоящих из металлической основы ислоя тугоплавкого соединения, поскольку синтез производят из одного слоя однородной шихты, а для разделения слоев в изделии необходимо воздействие центробежной силы, что значительно усложняет технологический процесс и требует высокоскоростных центрифуг, при зтом получаемые многослойные изделий имеют низкую прочность соединения слоя с основой и малую стойкость к воздействию ударных механических нагрузок, что ограничивает использование известного способа для получения штампов и режущих пластин.

Целью предложенного способа является повышение прочности соединения слоя с основой многослойных изделий.

Для достижения поставленной цели в способе получения многослойных изделий, включающем засыпку на металлическую основу зкзотермической смеси окислов металлов с восстановителем, выбранным из группы, с«ЕТОящей из алюминия, циркония.

магния, титана, и неметалла, выбранного из группы, содержащей углерод, бор, кремний, борный ангидрид, двуокись кремния, подачу аргона или азота под давлением 1-100

ати, воспламенение смеси, между основой и слоем помещают смесь для формирования промежуточного слоя, состоящую из смеси окисла, материала основы с восстановителем при соотношении смесей промежуточного слоя и экзотермической смеси 1:10-1:5.

С целью устранения микротрещин в слое металлическую сснову.со смесями слоев помещают в теплоизолятор из материа5 пд, выбранного из группы, содержащей оюлспы алюминия, магния, кремния и нитрид бора.

При соотношении масс экзотермической и промежуточной смеси более чем. 10:1

0 прочность сцбпления слоев резко падает. При соотношении масс меньшем, чем 5:1, прочность сцепления существенно не увеличивается, но уменьшается твердость рабочего слоя и его износостойкость.

5 Причиной падения твердости и износостойкости является уменьшение ко1личества твердой составляющей в рабочем слое покрытия за счет конвективного перемешива- ния расплава, продуктов промежуточного

0 слоя и основной смеси.

. Указанное соотношение смесей позволяет получить расплав конечных продуктов, равномерное растекание по поверхности основы и последующее прочное сцепление

5 слоев многослойного изделия. При этом под действием поля тяжести происходит расслоение жидких продуктов: наиболее легкий продукт - окисел металла восстановителя вытесняется в верхний слой, тугоплавкое соединение образует второй слой, а металлсвязка, находящийся в контакте с металлической основой, образует третий слой. Затем происходит кристаллизация и остывание многослойного изделия до комнатной температуры. Слой окисла металла восстановителя практически не имеет сцепления с слоем тугоплавкого соединения и механически легко отделяется.

При осуществлении способа без связу0 ющей смеси нарушается равномерность (сплошность) растекания расплава тугоплавкого соединения по поверхности металлической основы., а затем по мере остьгвания многослойного изделия происходит отслоение слоя тугоплавкого соединения от металлической основы вследствие различий коэффициентов термического расширения материалов.

Слой связующего металла обеспечивает плавное изменение термических свойств от

верхнего слоя к металлической основе и поэтому существенных напряжений а многослойном изделии не возникает. Помещение металлической основы с экзотермической и связующей смесями и теплоизолятор, например AlaOa, MgO, SiOa, BN, приводит к устранению микротрещин е слое тугоплавкого соединения, так как скорость охлаждения заметно ослабляется, а термические напряжения, приводящие к возникновению микротрещины, существенно уменьшаются.

Конечным продуктом является многослойное изделие с верхним слоем из тугоплавкого соединения и нижним слоем, являющимся металлической основой.

П р и м е р 1. Получение многослойного изделия с верхним слоем из карбида хрома и- нижним слоем из стали 45 (соотношение MacctO:1).

Готовят экзотермическую смесь для получения карбида хрома с соотношением компонентов СгОз:А1:С °р,62:0,33:0,05 и связующуюсмесь для получения железа с соотношением компонентов Ре20з:А1Ч),73:0,27.

Затем в графитовую форму помещают последовательнук) стальную цилиндрическую пластину (основу) диаметром 58 мл и толщиной 10 мм, на ее поверхность - ровным слоем G г связующей смеси, а на него вторым слоем 60 г экзотермической смеси. Смесь воспламеняют раскаленной вольфрамовой спиралью в реакторе при давлении аргона 50 ати. После завершения горения и полного остывания изделие извлекают из реактора.

Изделие состоит из трех слоев: верхний - шлак (окись алюминия), средний - синтезированный слой металлоподобного вида и нижний - стальная основа. Шлак не имел сцепления с металлоподобным синтезированным слоем и механически легко удаляется. Синтезированный металлоподобный слой равномерно располагался по поверхности стальной основы, имел толщину 5 мм и прочное сцепление со стальной основой (см. таблицу). .

П р и м е р 2. Получение многослойного изделия с верхним слоем из карбида хрома и нижним слоем из стали 45 (отсутствие связующей смеси).

Способ осуществляют аналогично примеру 1, но связующую смесь не используют.

При отсутствий связующей смеси сформировать сло карбида хрома на поверхности стальной основы не удалось. Расплав не

растекается по поверхности основы, а располагается отдельными островками.

Примерз. Получение многослойного изделия с верхним слоем из карбида хрома и нижним слоем из стали 45 (соотношение масс 5:1).

Способ осуществляют аналогично примеру 1. Прочность соединения с основой приведена в таблице.

П р и м е р 4. Получение многослойного изделия с верхним слоем из карбида хрома и нижним слоем из стали 45 (соотношение масс 11:1).

Способ осуществляют аналогично примеру 1, но вес связующей смеси составлял 5,5 г.

Сцепление синтезированного слоя со стальной подложкой слабое. При испытании на изноб при усилии прижатия 7 кг/см синтезированный слой оторвало от стальной основы,

П р и м е р 5. Получение многослойного изделия с верхним слоем из карбида хрома и нижним слоем из стали 45 (соотношение масс 4:1).

. Способ осуществляют аналогично примеру 1, «ю вес связующей смеси составлял 15 г.

Примере. Получение многослойного изделия с верхним слоем мз карбида титана и хрома (12 TiC, 88 СгзСа), нижний слой из титана (соотношение масс 8:1).

Готовят экзотермическую смесь для получения сложного карбида титана и хрома с соотношением компонентов СгОз:Т1О2:А :С 0,57:0,06:0,32:0.05 и связующую смесь для получения титана с соотношением-компонентов в Ti02:AHO,69:0,31.

Затем в графитовую форму помещают последовательно титановую цилиндрическую пластину (основу) диаметром 58 мм и толщиной 10 мм, на ее поверхность - ровным слоем 7,5 г связующей смеси, а на него - вторым слоем 60 г экзотермической смеси. Далее способ осуществляют.аналогично примеру 1.

Прочность сцепления слоев определяют на приборе УМВТ-1 при скручивании и значения ее приведены в таблице.

Как следует из представленных в таблице результатов, предложенный способ обеспечивает повышение прочности соединения слоев в многослойном изделии.

(56) Авторское свидетельство СССР № 22Т945, кл. В 22 F 3/06, 1966.

Авторское свидетельство СССР № 725326. кл. В 22 F 3/06. 1979. Формуле изобретения 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий зйсыпку на металлическую основу слоя экзо термической смеси окислов металлов с восстановителем, вь1бранным из группы, содержащей алюминий, цирконий, магний, титан, и неметалла, выбранного из группы, содержащей углерод, бор, кремний, борный ангидрид, двуокись кремния, подачу аргона или азота под давлением 1 - 100 ати, воспламенение смесй, отличающийся тем, что, с целью у/1учшения прочности соединения опоя с основой, между основой и . - . - . -,. / слоем помещают смесь для формиро вания промежуточного слоя, состоящую из смеси окисла, материала основы с soccfановителем при соотнощении смесей промежуточного слоя и экзотермической смеси 1:10 1;5.:; .:.. ::: ::-:;::; : -, - : . .. 2. Способ по п. 1, отлича ю щийся тем, 4to, с цёлью устранения микротрещин в слое, металлическую основу со смесями слоев ломещакзт в теплоизолятор из мате-; риала, выбранного из группы, содер кащей окислы алюминия, магния, кремния и нитрид бора.;