Способ изготовления изделий из керметов Советский патент 1981 года по МПК B22F1/00 B22F3/12 C22C29/12 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КЕРМЕТОВ

Изобретение относится к порошко вой металлургии, в частности к спосо бам получения металлокерамических материалов. Керметы на основе хромитов и хром обладают рядом свойств, которые делают их весьма удобным материалом при использовании при повышенных тем пературах в окислительной среде, например, в металлургическом производстве. Они стойки к окислению, имеют высокую прочность, малую ползучесть при высоких температурах,-стойки к резкой перемене температур. Тем не менее, при попытках их промьапленного применения возникли существенные затруднения с получением изделий из керметов. Обычно для получения изделий применяется металлокерамическая технология, т.е. формовка под давлением сушка и спекание при 1700 С в нейтральной среде (Аг, Не и др). Однако формовка изделий даже не очен больших размеров при удельных Ц&влениях порядка 1500-2000 кг/см затруднительна уже при площади плана изделия в 100 см . Затруднения эти связаны с необходимостью применения специальных пресс-форм, сложных в изготовлении. Еще большие сложности возникают при необходимости получения изделий сложной формы, особенно если учесть, что механическая обработка кермета RCrOa-Cr трудна из-за твердости материала. Известны различные способы получения изделий из керметов, например пшикерное литье, при котором тонкодисперсная смесь исходных компонентов кермета отливается во взвешенном состоянии, т.е. в виде эмульсии необходимой текучести в специальную форму, с давлением или без давлег ния LI JОборудование для проведения такой операции стоит достаточно дорого, процесс сложен в отладке и в осуществлении. 3 Известен также способ пропитки, при котором предварительно отформованный и спеченный неметалличес1сий каркас погружается в жидкий металл или касается его и пропитка идет за счет сил капиллярности 12 J. Особенность процесса состоит в использовании жидкотекучести металла. Однако в случае, когда металлом является хром, т.е. металл с весьма высокой температурой плавления, проведение жидкофазной пропитки сталкивается с трудностями. Трудности эти заключаются в том, что удержание расплавленного хрома в керамических тиглях является очень сложной задачей, так как хром пропитывает или разъедает все неметаллические тигли, а применение гарниссажньсх устройств слишком дорого. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ получения карметов хромитхром, согласно которому используют исходные порошки с размером частиц 1-100 мкм, а формование проводят либо шликерным литьем, либо прессов нием дисперсной композии с последующим обжигом L3 J. Прессование кермета производится в стальных закаленных пресс-формах при удельном давлении 1000-1500 кг/ При этом в кермет вводится дозируемое количество хрома, определяемое путем расчета или эмпирически. При малых размерах изделий из кермета стоимость такой пресс-формы и самого прессования не очень высока. Но даже при этом условии желательно пр менение крупного промышленного масш ба для сн.ижения стоимости штучного изделия. Например, стоимость прессформы малого размера составляет 700 800 р. Однако при необходимости пре совки изделий хотя бы чуть большего размера, скажем мм в плане, стоимость пресс-формы уже 7-8 тыс. за 1 шт при простой конфигурации из делия и намного выше при несколько более сложной. К тому же, чем больш по размеру пресс-форма, тем труднее с ней работать и тем меньше она слу жит. Но самое главное, при прессовк даже изделий указанных генеральных габаритов ЮО-ЧОО мм необходимо име пресс с усилием в 150 тонн. Поэтому формовка изделий из керметов, получаемых по этому методу, является сл ным и дорогим процессом. Цель изобретения - упрощение способа путем исключения формовки под давлением. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления изделий ИЗ- керметов состава хромит-хром путем заполнения формы комтюнентами шихты с последующей термообработкой в качестве исходных компонентов используют хромит дисперсностью 2560 мк и хром дисперсностью 10-15 мк, форму заполняют хромитом, на который сверху насьшают хром, а термообработку лрово;чят в среде нейтрального газа при 170-1850 С в течение 0,51,0 ч. Сущность предлагаемого способа основана на том, что хромиты обладают способностью вбирать в себя порошковый хром при температурах существенно ниже температуры плавления хрома. При таком способе получения Изделий из керметов оказывается достаточным на хромит, засьшанный в кеоамическую форму, насьшь требуемое количество порошкового хрома и вьздержать при 1700-1850°С в течение 0,5-1,0 ч в среде нейтрального газа (аргон, гелий и др) . Величина дисперсности хрома и хромита является наиболее приемлимой и выявлена в результате экспериментов . В случае, если величина гранул хромита менее 25 мк, процесс поглощения хрома протекает медленнее. В случае.если дисперсность хрома превьш1ает 60 мк, качество получаемого кермета значительно снижается из-за увеличения зернистости. В случае, если величина гранул хрома 10 мк, это не оказывает существенного влияния на процесс осуществления способа, но получение хрома такой дисперсности связано со значительными трудностями. В случае, если величина гранул более 15 мк, процесс поглощения хрома идет неравномерно и могут образоваться незаполненные пу - стоты. Величина температуры вьщержки формы с засыпанным хромом в печи в среде нейтрального газа выявлена в результате многочисленных экспериментов . Если эта температура менее 1700 С, то процесс осуществления способа сильно замедляется, а если выше 1850 С, то начинается активиро5ванная хромитом пропитка материала формы. Время вьодержки в среде нейтрального газа колеблется в пределах 0,5-1,0 ч. Если время выдержки менее 0,5 ч, то растекание хрома произойдет не по всему объему изделий. Если время выдержки более ч, это приводит к непроизводительному увеличению времени осуществления способа получе ния изделий из керметов. В качестве примера конкретного выполнения можно привести способ изготовления лопатки газодинамического устройства. Форма изготавливается следующим образом. На модель изделия, изготовленную из парафина, наносится масса из (хромофосфатной связки) слоем 3-4 мм н наполнителя, состоящего из неметал лических порошков Si С, МдСг2 Рф, причем для ускорения схватывания при- меняются добавки МдО, , Далее следует операция сушки и обжига при 500 С, при которой модель выплавляется и выгорает. В приготовленную таким образом фо му засыпают пррошок хромита дисперсностью 25-60 мк по возможности грансоставом, близким к трехфракционному. Сверху помещают необходимое количество хрома с небольшим избытком дисперсностью 15 мк. Заполненную таким образом форму помещают в печь с нейтральной средой и вьщерживают при в течение 1 ч. При этом частички хрома без плавления, исключительно за счет поверхностных эф фектов в твердой фазе, равномерно ра пределяются по поверхности хромитной засыпки и , накладыва тсь на процессы спекания кермета, образуют прочный монолит. Использование предлагаемого способа получения изделий из керметов позволит исключить операцию формовки под дaвлeниeм сократить время, необходимое для получения изделий исключить применение дорогостоя щего оборудования, изготавливать дет ЛИв условиях любого металлургического завода, снизить себестоимость изделия. Сравнение свойств кермета состава LaCrOy-AOZ Сг, полученного по известному методу, и кермета LaCrO-j-41% Сг, 146 полученному по предлагаемому способу, приведено ниже. Распределение металлической и керамической фазы для керметов, полученных по известному и предлагаемому способу, существенно различно. В кермете, полученном по известному способу, всегда существует неравномерность прессовки. Связана она с тем, что отношение длины к поперечному размеру при прессовке редко бывает оптимальным, т.е. порядка 1:1,5, а , как правило, отличается от такового. Центральная часть при двухстороннем ходе пуансона оказывается всегда опрессованной слабее, чем верх и низ по ходу пресса. Слои, приледакяцие прямо к пуансону, существенно более плотны, чем слои нижележащие. Поэтому при сравнении количества частиц на 1 мм, проводившемся петрографнческими методами, выясняется существенное различие между разными областями прессовки в материале, полученном по известному способу. При удельных давлениях в 1500 кг/см различие между слоями в верхней части прессовки и в центре 8%. В то же время для кермета, полученного по предложенному методу, различия в концентрации частиц по всем местам не выше 1,3%. Пористость кермета, полученного по известному методу, при одной и той же дисперсности и фракционном составе 6,5%, j. а по предложенному - 2,3%. При специальном подборе фракционного состава пористость еще более снижается до 1,6%. Соответственно этому снижаются и механические свойства известных материалов сравнительно с керметами, получаемыми по предлагаемому методу. Кроме прочностных характеристик изменяются также и пластичность материала и способность его к деформации. Так, дпя кермета, полученного по известному способу кг/см, а для предлагаемого материала 68 кг/см . Указанная разница в свойствах достигается за счет чисто механических причин - равномерности распределения упрочняющей неметалл хромитной фазы. Весьма сильно влияет способ синтеза кермета на его пластичность. Так, для кермета, полученного по известному способу, при указанном вьше,содержании неметаллической фазы деформация при сжатии 6%, а для кермета, полученного по предлагаемому способу - 11%. Это объясняется наличием тонких прослоек между зернами хромита, а при способе получейия кермета прессовани ем в материале сильно возрастает влияние конгломератов хромитных кристаллитов, неизбежно образующихся при сжа тии пресс-массы. Данный способ получения керметов м жет применяться в авиационной промышленности для изготовления лопаток газодинамических устройств, в порошковой металлургии для изготовления сопловых вставок плазматронов, в черной металлургии для изготовления кера мических вставок рейтера нагревательной печи. Формула изобретения Способ изготовления изделий из кер метов, содержащих в качестве керами4ческого компонента хромит, а в качестве металлического - xpoi-i путем« формования и спекания, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, в форму засыпают хромит дисперсностью 25-60 мк и сверху хром дисперсностью 10-15 мк, а спекание проводят в среде нейтрального газа при 1700-1850 С в течение 0,51 ч. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шликерное литье керметов Керметы, М., Иностранная литра, 1962, с. 97-102. 2.Механизм процесса пропитки Керметы М., Иностранная литра , 1962, с. 120-121. 3.Заявка Франции № 2238686, кл. С 04 В 35/42, опублик. 1975.