Способ изготовления компактных заготовок из гранул титановых сплавов Советский патент 1993 года по МПК B22F3/14 

ел

С

Сущность изобретения : гранулы засыпают в капсулу, вакуумируют, дегазируют, герметизируют, нагревают и компактируют осадкой в условиях неравномерного сжатия с радиальным истечением материала в тем- пературно-скоростных режимах сверхпластической деформации сплава с предельной степенью деформации компакта не мене 40% для стандартной фракции и не менее 50% для отсевов. Капсулу зачехляют в оболочку и деформируют со- вместно с ней со степенью деформации компакта не менее 20% для стандартной фракции и не менее 30% для отсевов с радиальным подпором для стандартной фракции не менее 0,5 от осевого усилия, идущего на совместное деформирование капсулы и оболочки, и не менее 0,4 - для отсевов. 1 з.п.ф,, 1 табл. 1 ил,

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам получения компактных заготовок с одновременным уплотнением и спеканием.

В порошковой металлургии известны различные способы получения компактных загЪтовок из металлических гранул, такие как горячее изостатическое прессование, горячее гидростатическое прессование, совмещенный процесс компактирования и штамповки, горячая изостатйческая штамповка.

Известен способ изготовления изделий из труднопрессуемых металлических по-, рошков на никелевой основе, включающий засыпку порошка в капсулу, ее вакуумирова- ние, нагрев, одноосное уплотнение до плотности 0,93-6,98, осадку с боковым выдавливанием и радиальным подпором не менее 1,7 предела текучести материала изделия и последующую прошивку. Недостатками этого способа являются: сложность технологического процесса, необходимость. использования мощного кузнечно-прессо- вого оборудования, для создания высокого гидростатического давления в компактируе- мом материале, отсутствие изотермических условий, что также способствует возрастанию потребных усилий.

Наиболее близким техническим решением является способ горячего изостатиче- ского прессования (ГИП) гранулируемых титановых сплавов, включающий засыпку гранул в капсулу, вакуумированиё, дегаза- цию, герметизирование, нагрев, компактй- рование в условиях всестороннего равномерного сжатия, выдержку под давлением в изотермических условиях до получения готового компакта. Однако известный способ имеет следующие недостатки; низVJ00 VI

О

00 V4

кий уровень механических свойств вследствие малой и неоднородно распределенной деформации и практически недеформированной исходной структуры в зонах, соответствующих центральным областям исходных гранул, чувствительности к инородным включениям, значительное количество которых находится в отсевах, являющихся отходами гранульного произ- вод ства и по этой причине не пригодных для получения методом П/1П качественных компактов; использование сложного и дорогостоящего оборудования - газостата; низкая производительность процесса, вследствие длительных, в течение нескольких часов, выдержек под давлением, причем полезное время цикла, т.е. выдержка при заданных температурах и давлении, составляет .20- 25% от продолжительности всего цикла.

Целью изобретения является повышение механических свойств компактов, использование отсевов для получения компактных заготовок, повышение производительности процесса, упрощение и удешевление технологии.. ... :,

Поставленная цель достигается тем, что „в известном способе, включающем засыпку гранул титанового сплава в капсулу, вакуу- миробанйе, дегазацию, герметизирование, нагрев и компактиррвание в изотермических условиях, компактирование ведут осадкой в условиях неравномерного сжатия с радиальным истечением материала в тем- пературно-скоростных режимах сверхпластической деформации (СПД) сплава на гидравлических прессах. Для компактов из гранул стандартной фракции деформация должна составлять не менее 40% и не менее 50% для компактов из отсевов. Для компактов из гранул стандартной фракции, имеющих предельную степень деформации менее 40% и менее 50% для компактов из отсевов капсулу зачехляют в оболочку, обеспечивающую радиальный подпор для стандартной фракции не менее 0,5 от осевого усилия Р, идущего на совместное деформирование капсулы и оболочки и не менее 0,4 - для отсевов, при условии, что для получения качественного компакта с уровнем механических свойств превышающем уровень ГИП, степень деформации должна быть не менее 20% для компактов из гранул стандартной фракции и не менее 30% для компактов из отсевов.

Известный способ ГИП сочетает в себе длительное воздействие температуры и давления и после образования физического контакта и схватывания поверхностей гранул подобен диффузионной сварке, осуществляемой в условиях ползучести

(постоянные напряжения и температура), что приводит к объемному взаимодействию и образованию общих зерен на границе раздела гранул. Компактирование методом

ГИП осуществляется всесторонним равномерным сжатием с бессдвиговой деформацией периферийных зон гранул и сохранением исходной структуры в центральных зонах гранул. Дефекты поверхности и инородные включения оказываются впрессованными в объеме изделия и являются в дальнейшем концентраторами напряжений,

Предлагаемый способ изготовления

компактных заготовок из гранул титановых сплавов был реализован следующим образом. Компактировали гранулы а- титанового сплава ВТ23 стандартной фракции +125-500 мкм и гранулы фракции -125 мкм,

взятые из бункера отходов после магнитной и аэродинамической сепарации. Гранулы каждой.фракций засыпали в сварные капсулы из стали 12X18Н ЮТ.

На чертеже представлен вид капсулы и

оболочки для компактирования гранул. Номера позиций на рисунке соответствуют: 1

- верхняя крышка с отверстием для засыпки гранул, 2 - нижняя крышка, 3 - обечайка, 4

- заглушка, 5 - оболочка.

Капсулы с гранулами вакуумировали; дегазировали, герметизировали заваркой заглушки электронным лучом. Затем их размещали в печи сопротивления, нагретой до температуры 850°С, выдерживали в печи 4

ч. Деформирование осуществляли плоскими нешлифованными бойками из сплава ЖС6У в установке изотермического деформирования, нагретой до оптимальной температуры СПД сплава, смонтированной на гидравлическом прессе усилием 1600 т.е. Оптималь- ный температурно-скоростной режим СПД титанового сплава ВТ23: Т 850°С, .Проведенные исследования показали, что для гранулируемого титанового сплава

БТ23 оптимальный температурно-скоростной режим СПД: Т 8.50°С, Ј . Значение скорости деформирования в начале и вконце процесса компактирования для различных степеней деформации приведены в таблице. Степень деформации рассчитывали по формуле:

f: 1 55

Hk

где Е- средняя относительная высотная деформация;

Н0 - начальная высота компакта;

Нк - конечная высота компакта;

РО - начальная плотность засыпки.

Порядок скорости деформации 10 с был реализован на прессе усилием 1600 т.е. со скоростью деформирования 0,2 мм/с и соответствует скоростному интервалу СПД гранулируемого титанового сплава ВТ23 (таблица: примеры 1-3, 6-8, 11-16, 19-24). Запредельные значения скорости деформации порядком были реализованы на прессе усилием 1000 т.е. со скоростью деформирования 13мм/с (примеры 4,9,17,18, 25, 26). Компактирование заготовок из гранул стандартной фракции вели в темпера- турно-скоростных режимах СПД сплава ВТ23 с предельными степенями деформации равными 20 , 40, и 50% (примеры 1-3), для компактов из отсевов 30, 40, 60% (примеры 6-8),

Для определения влияния скорости деформации на качество компактов, полученных осадкой капсул без оболочки; компактирование вели в оптимальном температурном режиме СПД сплава ВТ23, но со скоростями деформации, не соответствующими скоростному интервалу СПД со степенями деформации 60% (пример 4) для стандартной фракции и 65% (пример 9) для отсевов, а для компактов, полученных осадкой капсул в оболочке со степенями деформации 20, 60% (примеры 17, 18). для стандартной фракции и 30, 65% (примеры 25, 26) для отвесов.

Для определения влияния радиального подпора на;качество заготовок из гранул стандартной фракции и его предельной величины, обеспечивающей уровень механических свойств выше уровня ГИП, компактирование вели в температурно-ско- ростных режимах СПД сплава с различными степенями деформации и радиальным подпором меньше 0,5 (пример 11). равном 0,5 (примеры 12-15) и больше 0,5 (пример 16) от осевого усилия, идущего на совместное деформирование капсулы с материалом и оболочки. Для этого капсулу с гранулами стандартной фракции зачехляли в оболочку с толщиной стенки 10, 20, 25 мм соответственно приведенной величине радиального подпора. Аналогично капсулы с отсевами зачехляли в оболочку с толщиной стенки 5, 10, 20 мм, обеспечивающие радиальный подпор соответственно менее 0,4 (пример 19), равным 0,4 (примеры 20-23) и больше 0,4 (пример 24).

Для сравнения предлагаемого способа с прототипом провели ГИП капсул с гранулами стандартной фракции (пример 5) и отсевами (пример 10) по режиму Т 850°С,

давление в контейнере 1600 атм, выдержка под давлением 4 ч.

Анализ качества заготовок в зависимости от условий проведения компактирова- 5 ния показал следующее. Проведение компактирования капсулы без оболочки в изотермических условиях и температурно- скоростных режимах СПД гранулируемого титанового сплава и со степенью деформа10 ции компакта не менее 40% для стандартной фракции и не менее 50% для отсевов, обеспечивает уровень механических свойств выше уровня свойств компактов, полученных ГИП, для стандартной фракции

5 на 4,7-5,2% для оь.2 . на 3,9-4,5% для 0В , на 1% для д , на 34,5-51,4% для Ц) , на 2,2-17.4% для KCU, а для компактов, полученных из отсевов, соответственно на 5,4- 7,0% для 00.2, на 4.7-6,3% для 7В . на 1%

0 для д . на 23,8-38,4% для гр, на 1,8-3,5% для KCU. Увеличение степени деформации выше 40% для стандартной фракции и выше 50% для отсевов не приводит к заметному росту механических свойств. Компактирова5 ние капсул без оболочки в скоростных режимах не соответствующих скоростям СПД сплава, со степенями деформации 60% для стандартной фракции и 65% для отсевов приводит к снижению уровня механических

0 свойств ниже уровня ГИП. Компактирование капсул в оболочке со скоростями деформации не соответствующими скоростями СПД сплава, со степенями деформации 20, 60% для гранул стандартной фракции и 30.

5 65% для отсевов по сравнению с компакти- рованием капсул в оболочке и в скоростном, режиме СПД сплава приводит к снижению уровня механических свойств ниже уровня ГИП. Компактирование в оболочке в темпе0 ратурно-скоростных режимах СПД сплава для компактов из гранул стандартной фракции, имеющих предельную степень деформации менее 40% и для компактов из отсевов соответственно менее 50% с ради5 альным подпором не менее 0,5 от осевого усилия и степенью деформации компакта не менее 20% для стандартной фракции и соответственно с радиальными подпором ке менее 0,4 и деформацией не менее 30% для

0 отсевов обеспечивает уровень механических свойств выше уровня ГИП. Для стандартной фракции на 0,7-4,6% для UQ.Z, на 1,4-2,7% для 78, на 20-30% для д , на 31,8- 45,0% для TJJ, на 13,0-21,7% для KCU, а для

5 отсевов на 4,8-7,0% для оь.2. на 3,3-5,9% для ов . на 0,.8-7,9% для д , на 34,4-54,3% для у;, на 1,8% для KCU. Степень деформации для компактов из гранул стандартной фракц-ии менее 20% и менее 30% для компактов из отсевов приводит к снижению уровня механических свойств ниже уровня ГИП. Радиальный подпор менее 0,5 для стандартной фракции и менее 0,4 для отсевов приводит к снижению уровня меха нических свойств ниже уровня ГИП. Увеличение радиального подпора выше 0.5 для стандартной фракции и выше 0,4 для отсевов не приводит к заметному росту свойств.

Iт-

Использование предлагаемого способа получения компактных заготовок из гранул титановых сплавов обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущест ва:

повышение механических свойств компактов;

использование отсевов (фракция менее 125 мкм), являющихся безвозвратными от- ходами гранульного производства, для получения качественных компактных заготовок с уровнем свойств сравнимым с уровнем компактов из гранул стандартной фракции по прочностным характеристикам и превышающим его по пластическим характеристикам;

, повышение производительности в 2-14 раз, которая возрастает с увеличением габаритных размеров капсул;

упрощение и удешевление технологии за счет исключения операции горячего изо- статического прессования.

5

10

15

20

25

30

Ф о р м у л а и з о б р ете н и я 1. Способ изготовления компактных за готовок из гранул титановых сплавов, включающий засыпку гранул в капсулу, вакуумйрование, дегазацию, герметизиро- ваниё, нагрев и компэктирование в изотермических условиях, отличающийся тем, что, с целью повышения механических свойств компактов, получаемых из гранул различного гранулометрического состава, включая отсевы, повышения производи- тельнбсти процесса, упрощения и удешев-. ленйя технологии, компактирование ведут осадкой в условиях неравномерного сжатия с радиальным истечением материала в тем- пературно-скоростных режимах сверхпластической деформации сплава с предельной степенью деформации компакта не менее 40% для стандартной фракции и не менее 50% для отсевов.

2: Способ по п. 1,отличаю щи и с я тем, что,: с целью получения качественных компактов, имеющих предельную степень деформации менее 40% для стандартной фракции и менее 50% для отсевов, капсулу зачехляют в оболочку и деформируют-совместно с ней со степенью деформации компакта не менее 20% для стандартной фракции и не менее 30% для отсевов с радиальным подпором для стандартной фракции не менее 0,5 от осевого усилия, идущего на совместное деформирование капсулы.и оболочки, и не менее 0,4 - для отсевов..

иек. У

,a«sW