Способ изготовления многослоистых спеченных изделий Советский патент 1992 года по МПК B22F7/04 

Изобретение относится к технологии диффузионной сварки металла с металлокерамикой и может быть использовано для получения биметаллических цилиндрических изделий

Известен способ (аналог) изготовления спеченных изделий, по которому порошок металлокерамического материала с помощью пресс-формы запрессовывают до пористости 5-25% в полость цилиндрической металлической детали, нагревают до температуры рекристаллизации

Недостатками этого способа являются дефекты по оплавлению и ни.кие механические свойства соединения металл-металлокерамика

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ изготовления спеченных изделий, включающий запрессовку металлокерамического порошка, трехступенчатую термообработку с изотермическими выдержками, спекание и охлаждение вначале с печью, а затем продучкой инертным газом

Недостатками этого способа являются наличие трещин и низкая прочность на разрыв.

Цель изобретения - уменьшение тре-, щин оплавлений и увеличение прочности на разрыв.

Цель достигается тем, что согласно способу изготовления спеченных изделий, включающему запрессовку металлокерамического порошка, трехступенчатую термообработку с изотермическими выдержками, спекание и охлаждение вначале с печью, а затем продувкой инертным газом, термообработку осуществляют в вакууме мм рт.ст. и выше с изотермической выдержкой при достижении 600°С. в течение 3 ч, после чего снижают вакуум и осуществляют дальнейший подъем температуры со скоростью 180-200°С/ч и выполняют другую изотермическую выдержку при 800°С в течение 1 ч, окончательную изотермическую выдержку выполняют при 980°С в течение 2 ч, затем спекают при 1130-1140°С в течение 3-4 ч, после чего охлаждение с печью ведут в условиях вакуума до 800°С а продувку печи

VJ

СЛ Ю СЛ

инертным газом производят со скоростью 60°С в мин.

Образование расслоений в металлокерамике является результатом деформационных напряжений и влияния разницы сечений двух разнородных материалов при критических скоростях нагрева.

Запрессовка металлической шихты сопровождается наличием деформационных напряжений, которые не могут релаксиро- вать при быстром нагреве садки и быстром охлаждении, В процессе дальнейшего спекания и охлаждения напряжения начинают проявляться разрушением наиболее ослабленного по прочности материала,

Причиной низкого качества сцепления по границе раздела металлокерамика - металл являются поры, сосредотачивающиеся на границе соединения в результате процессов газообразования и газовыделения. Газообразные продукты взаимодействия (кислород, азот, водород) образуются в ме- таллокерамической шихте при ее изготовлении, а также при изготовлении заготовок. При высокой скорости нагрева газообразные продукты сгорания, расширяясь в объеме/ не успевают удаляться из запрессованного объема металлической шихты, оставаясь в материале и на границе соединения, препятствуют диффузии двух материалов. Наиболее интенсивное газообразование и газовыделение происходит в интервале температур 650, 800-900°С.

Легкоплавкая эвтектика образуется в результате воздействия температуры и вакуума на отдельные частички, которые не связаны или слабо связаны в материале прессованием, и представляют собой твердый раствор никельхрома. Эвтектика в виде жидкой фазы проникает по порам под воздействием вакуума, проявляется на поверхность заготовок, обедняя материал металлокерамики легирующими элементами, вызывая оплавления.

Процессы термообработки и спекания, помимо чисто структурных изменений, происходящих в материалах, способствуют сня- тию остаточных напряжений после прессования, изменению физических и механических свойств материала, восстановлению окислов, рекристаллизации и диффузионной сварке разнородных материалов,

Происходящие при термообработке и спекании металлических порошков и разнородных материалов физико-химические процессы подразделяются на несколько стадий: образование газообразных продуктов сгорания и их перемещение на стадии, когда замкнутые поры еще не сформировались, а границы контакта исчезли или существенно сместились; беспорядочное перемещение фаз пустоты ; дегазация, которой может способствовать высокий вакуум на 5 начальной стадии нагрева; гомогенизация, припекание частичек, сохраняющих индивидуальность; уменьшение числа и размеров уже сформировавшихся изолированных пор; образование цепочки пор от газообраз- 0 ных продуктов, стремящихся двигаться к линии соединения металл - металлокерамика,

Предлагаемый способ запрессовки с вибрацией, первоначальный высоковакуумный нагрев с изотермическими выдержка- 5 ми, затем быстрый нагрев при сниженном вакууме и медленное охлаждение до критических температур позволяют исключить брак по трещинам, расслоениям оплавлений и стабилизировать высокий уровень ме- 0 ханических свойств.

Для определения сравнительных характеристик известных и предлагаемого способов производились соответствующие эксперименты на установке ИМАШ-5С с ис- 5 пользованием металлокерамического материала УМБ-4С.

Результаты проведения испытаний сведены в табл.1 и 2.

Пример. Изготавливали 3-слойные 0 уплотнительные заготовки колец из стали марки ХН55 МБЮ, пространство между которыми запрессовывали при уд. давлении 8 кг/мм2 при комнатной температуре до пористости 3,5%. При этом запресовку осущест- 5 вляли под воздействием на деталь низкочастотной вибрации частотой 1,5-5,0 Гц в течение 30-45 с.

После этого заготовки помещали в вакуумную печь и осуществляли нагрев при ва- 0 кууме 1-10 мм рт.ст. с изотермическими выдержками при Т 600°С 3 ч. Дальнейший нагрев производился в вакууме -1 со скоростью 180°С/мин. При Т 800°С и выдержке 1 ч и при 980°С в течение 2 ч 5 спекание производили при Т 1135°С в течение 3,5 ч. Охлаждали садку до Т 800°С с печью, а затем в камере охлаждения с продувкой аргоном со скоростью не менее 60°/мин. Предлагаемые режимы позволили 0 гомогенизировать структуру с равномерным распределением пор, без оплавления и трещин с компактной линией соединения.

Прочность на разрыв при этом составила 17 кг/мм .

Формула изобретения 5 1. Способ изготовления многослоистых спеченных изделий, включающий засыпку между слоями металлокерамического порошка и его уплотнение, трехступенчатый нагрев с изотермическими выдержками до

температуры спекания, спекание и охлаждение в начале с печью, а затем продувкой инертным газом, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий, трехступенчатый нагрев проводят в вакууме с выдержками при 980°С в течение 2 ч, при 600°С в течение 3 ч, при 800°С 1 ч, причем после выдержки при 600°С снижают вакуум, а нагрев до 800°С осуществляют со скоростью 180-200°С/ч, спекание проводят при 1130-1140°С в течение 3-4 ч, охлаждение с печью проводят до 800°С, а продувку инертным газом осуществляют со скоростью 60°С/мин.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что, с целью повышения плотности, уплотнение проводят под действием низкочастотных колебаний.

Сущность: металлокерамический порошок засыпают между металлическими слоями, его уплотняют, осуществляют трехступенчатый нагрев в вакууме до температуры спекания, выдерживают при 280°С в течение 2 ч. при 600°С в течение 3 ч, при 800°С 1 ч. После выдержки при 600°С снижают вакуум, а нагрев до 800°С осуществляют со скоростью 180-200°С/ч. Затем спекают при 1130-1140°С в течение 3-4 ч и охлаждают заготовку с печью до 800°С, после чего осуществляют продувку печи инертным газом со скоростью 60°С/мин. Уплотнение можно проводить под действием низкочастотных колебаний. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.