RU2022711C1 - Способ получения изделий из карбидов переходных металлов - Google Patents
Способ получения изделий из карбидов переходных металлов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2022711C1 RU2022711C1 SU4944480A RU2022711C1 RU 2022711 C1 RU2022711 C1 RU 2022711C1 SU 4944480 A SU4944480 A SU 4944480A RU 2022711 C1 RU2022711 C1 RU 2022711C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- workpiece
- carbide
- carbon
- product
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 title abstract description 11
- -1 transition metal carbides Chemical class 0.000 title description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 abstract description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 6-oxabicyclo[3.2.1]oct-3-en-7-one Chemical compound C1C2C(=O)OC1C=CC2 TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 42
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Сущность изобретения: получают заготовку из карбида переходных металлов нестехиометрического состава, деформируют ее до получения размеров и формы конечного изделия при температуре 1,05 - 1,7 от температуры хрупко-пластичного перехода материала заготовки со скоростью деформирования 0,1 - 250 мм/мин и насыщают ее углеродом до стехиометрического состава в атмосфере углеродсодержащих газов или в засыпке из углеродного порошка. Насыщение углеродом проводят при температуре 0,75 - 0,95 от температуры плавления материала заготовки при времени более 10 мин, например в несколько этапов при повышении температуры на 50 - 200°С на каждом этапе, но ниже температуры в 0,95 от температуры плавления материала изделия на последнем этапе. 2 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам получения изделий из карбидов переходных металлов.
Известен способ получения изделий из карбидов переходных металлов, включающий прессование заготовки из порошка и последующее спекание в защитной атмосфере. К недостаткам данного способа относятся низкие прочностные и эксплуатационные свойства полученных изделий из-за высокой остаточной пористости, из-за неравномерности пористости при получении тонкостенных изделий, например стаканов, из-за сложностей, возникающих при прессовании и хранении заготовки до спекания, большой усадки и коробления изделий при спекании.
Также известен способ получения изделий из карбидов переходных металлов, включающий получение заготовки, ее нагрев и деформирование до получения конечной формулы изделия. Данный способ как наиболее близкий к предлагаемому принят за прототип.
В связи с тем, что температура хрупко-пластичного перехода карбидов переходных металлов достаточно высока, например для карбида титана она превышает 1200оС, штамповку карбидов необходимо производить при температуре более 1300оС в защитной атмосфере из-за интенсивного окисления, что резко снижает производительность процесса, снижает технологические возможности способа. Одновременно возникают трудноразрешимые проблемы с системой нагрева, штамповым материалом, с адгезией материала заготовки со штамповым материалом со смазкой. Исходя из вышеизложенного, современный уровень техники хотя и позволяет штамповать карбиды переходных металлов, но полученные изделия слишком дороги и поэтому производить штамповку изделий из карбидов нерентабельно.
Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет изготовления сложно- профильных, преимущественно тонкостенных изделий.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения изделий из карбидов переходных металлов, включающем получение заготовки, нагрев и деформацию, получают заготовку из карбида нестехиометрического состава, преимущественно с составом, соответствующим нижнему пределу области гомогенности, нагрев производят до температуры в 1,05-1,7 раза выше температуры хрупко-пластичного перехода материала заготовки, деформируют заготовку со скоростью деформирования 0,1-250 мм/мин до получения конечной формы изделия, после чего производят насыщение материала изделия углеродом, например до получения стехиометрического состава, путем отжига в атмосфере углеродсодержащих или в засыпке из углеродного порошка.
Насыщение углеродом материала изделия рекомендуется производить при температуре в 0,75-0,95 от температуры плавления материала заготовки в течение более 10 мин. Рекомендуется производить насыщение углеродом изделия в несколько этапов при повышении температуры на 50-200оС на каждом этапе, но ниже температуры в 0,95 от температуры плавления материала изделия на последнем этапе.
Сущность заявляемого способа состоит в том, что температура хрупко-пластичного перехода карбидов переходных металлов зависит от химического состава карбидов, так температура хрупко-пластичного перехода карбида титана стехиометрического состава, как правило, превышает 1200оС, а нестехиометрического состава, как правило, превышает 1200оС, а нестехиометрический карбид титана с составом на нижнем пределе области гомогенности TiC0,47 имеет температуру хрупко-пластичного перехода 700оС. Совокупность реальных с точки зрения технологии температур при штамповке нестехиометрических карбидов, которые позволяют реализовать большие степени деформации и получать сложнопрофильные изделия с возможностью сквозного науглероживания изделия из нестехиометрического карбида титана дает возможность получать сложнопрофильные, в том числе и тонкостенные, изделия из карбидов переходных металлов стехиометрического состава.
Экспериментальным путем было установлено, что при снижении температуры деформирования заготовки ниже 1,05 от температуры хрупко-пластичного перехода нецелесообразно из-за малой допустимой степени деформации и возможного образования и развития трещин в процессе деформации. Превышение температуры деформации величины 1,7 от температуры хрупко-пластичного перехода также нерационально, так как температура деформирования в данном случае приближается к температуре деформирования стехиометрических карбидов, при этом возникают перечисленные проблемы, характерные для реализации способа-прототипа.
Было также установлено, что поскольку температура хрупко-пластичного перехода зависит от многих параметров, данная температура наиболее полно отражает структурные состояния материала заготовки и является надежной точкой отсчета. Температура плавления карбида в данном случае не может быть использована, так как оптимальная температура деформации может изменяться более, чем на 200оС при различной степени загрязненности карбида азотом или кислородом при совершенно идентичных параметрах структуры.
Снижение скорости деформирования ниже 0,1 мм/мин нецелесообразно из-за снижения производительности процесса и роста эксплуатационных затрат. При этом увеличивается также коррозия и вероятность адгезионных процессов между материалом штампа и заготовки. Превышение скорости деформирования выше 250 мм/мин также нецелесообразно из-за возможности появления и развития трещин в материале заготовки.
Поскольку процесс науглероживания карбидов нестехиометрического состава - диффузионный, то снижение температуры науглероживания изделий ниже температуры науглероживания изделий ниже температуры в 0,75 от температуры плавления материала изделий нецелесообразно из-за резкого уменьшения скорости диффузии и, соответственно, увеличения времени, необходимого для сквозной карбидизации изделия. При повышении температуры в 0,95 от температуры плавления материала изделия возможно частичное оплавление изделия, потеря им геометрической формы и эксплуатационных свойств.
Время карбидизации - науглероживания менее 10 мин задавать нецелесообразно из-за низкой скорости диффузии углерода в нестехиометрическом карбиде титана и, соответственно, из-за возможности карбидизации изделия не на полную глубину. Верхний предел времени науглероживания устанавливать нецелесообразно, так как он зависит от размеров и формы обрабатываемого изделия. Если даже необходимое время карбидизации будет превышено, насыщение изделия углеродом прекратится при достижении карбидом стехиометрического состава.
Время ограничения науглероживания подбирается для каждого вида изделия индивидуально в зависимости от свойств и структуры. Поскольку скорость диффузии углерода в карбиде титана возрастает с повышением температуры и, соответственно, сокращается время насыщения углеродом, целесообразно с увеличением содержания углерода в изделии поднимать температуру насыщения изделия, но поднимать на каждом этапе температуру менее, чем на 50оС, нецелесообразно из-за слабого различия коэффициентов диффузии углерода при данном интервале температур. Повышение температуры более чем на 200оС также нецелесообразно из-за возможности прорыва пленки карбида на поверхности изделия жидким карбидом нестехиометрического состава, который мог сохраниться при неполной карбидизации изделия.
В доступной патентной и научно-технической литературе не обнаружено каких-либо упоминаний о технологических процессах, в которых были бы совмещены штамповка керамики и насыщение углеродом отштампованных деталей, а также какие-либо способы, в которых для получения изделий из одного материала предварительно бы штамповали заготовку из материала с другим химическим составом.
Получали тонкостенный стакан из карбида титана с высотой 30 мм, внешним диаметром 20 мм, с толщиной стенок и дна 1 мм. Для этого смешивали шихту из порошков титана и углерода в соотношении необходимом для получения карбида титана с составом TiC0,5. Шихту прессовали в заготовку диаметром 100 мм, укладывали заготовку в реакционную пресс-форму, инициировали в заготовке реакцию горения и компактировали до малопористого состояния. В результате была получена заготовка диаметром 100 мм и высотой 12 мм из карбида титана с составом TiC0,5, в котором размер зерна составил 8 мкм, а пористость не превышала 5% (объемных). Из данных заготовок на электроэрозионном станке вырезали заготовку под штамповку диаметром 20 мм, укладывали заготовку в штамп нагревали ее до температуры 950оС, что соответствовало 1,36 от температуры хрупко-пластичного перехода и деформировали до получения формы конечного изделия со скоростью деформирования 1 мм/мин. Отштампованные изделия извлекали из штампа, обрезали верхнюю часть стакана под размер готового изделия алмазной дисковой пилой и производили насыщение изделия углеродом в засыпке из активированного угля сначала при температуре 1600оС в течение 4 ч в вакууме глубиной 10-4 мм рт.ст. Затем в течение 10 ч при температуре 1800оС и 1 ч при температуре 2000оС. В результате был получен стакан указанных размеров из стехиометрического карбида титана. Пористость материала составляла 0,3% (объемных).
Кроме того, было выполнено еще 4 эксперимента по штамповке стаканов из карбида титана с составом TiC0,5.
Штамповали изделие при температуре 735оС (1,05 от температуры хрупко-пластичного перехода) со скоростью деформирования 0,1 мм/мин и при температуре 1200оС (1,7 от температуры хрупко-пластичного перехода) со скоростью 250 мм/мин. В обоих случаях были получены годные изделия.
Также штамповали упомянутые изделия при температуре 710оС и скорости деформирования 0,05 мм/мин и при 1250оС и скорости деформирования 280 мм/мин. В обеих случаях трещины, возникшие в процессе деформирования в верхней части изделия достигли его дна, т.е. был получен неисправимый брак.
Годные изделия насыщали углеродом в засыпке из активированного угля при температуре 1150оС, 1240оС, 1570оС, 1600оС, что соответствует температурам в 0,7; 0,75; 0,95; 0,97 от температуры плавления карбида титана с составом TiC0,5. Во 2-м и 3-м случаях были получены годные изделия. В первом случае сквозное насыщение углеродом до стехиометрического состава не наступило даже через 250 ч, что делает изготовление изделий экономически невыгодным. В последнем случае было получено покоробленное изделие из-за частичного подплавления.
Таким образом, при реализации способа появляется возможность получения особо тонкостенных, беспористых изделий из карбидов переходных металлов, которые получать методами порошковой металлургии или сложно или невозможно, что расширяет технологические возможности способа-прототипа.
Claims (3)
1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КАРБИДОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ, включающий получение заготовки, нагрев и деформирование, отличающийся тем, что заготовку получают из карбида нестехиометрического состава, преимущественно состава, соответствующего нижнему пределу области гомогенности, нагрев проводят до температуры в 1,05 - 1,7 раз выше температуры хрупкопластичного перехода материала заготовки, деформирование осуществляют со скоростью 0,1 - 250,0 мм/мин до получения конечной формы изделия, после чего проводят насыщение материала изделия углеродом до получения стехиометрического состава путем отжига в атмосфере углеродсодержащих газов или в засыпке из углеродсодержащего порошка.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что насыщение углеродом проводят при температуре 0,75 - 0,95 температуры плавления материала заготовки в течение времени более 10 мин.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что насыщение углеродом проводят в несколько этапов при повышении температуры на 50 - 200oС на каждом этапе, но ниже температуры 0,95 температуры плавления материала изделия на последнем этапе.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4944480 RU2022711C1 (ru) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | Способ получения изделий из карбидов переходных металлов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4944480 RU2022711C1 (ru) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | Способ получения изделий из карбидов переходных металлов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2022711C1 true RU2022711C1 (ru) | 1994-11-15 |
Family
ID=21578776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4944480 RU2022711C1 (ru) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | Способ получения изделий из карбидов переходных металлов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2022711C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2670824C2 (ru) * | 2013-10-22 | 2018-10-25 | Зе Боинг Компани | Способы изготовления деталей из порошка по меньшей мере одного элементарного металла |
-
1991
- 1991-06-11 RU SU4944480 patent/RU2022711C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| А.П.Ланин и др. Влияние параметров нагружения и размера зерен на прочностные и деформационные характеристики карбида циркония. Металлофизика, т.11. N 3.1989, с.73-83. * |
| Либенсон Г.А. Производство спеченных изделий. М.: Металлургия, 1982, с.57-58. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2670824C2 (ru) * | 2013-10-22 | 2018-10-25 | Зе Боинг Компани | Способы изготовления деталей из порошка по меньшей мере одного элементарного металла |
| RU2670824C9 (ru) * | 2013-10-22 | 2018-11-29 | Зе Боинг Компани | Способы изготовления деталей из порошка по меньшей мере одного элементарного металла |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20050249625A1 (en) | Method for producing highly porous metallic moulded bodies close to the desired final contours | |
| JP4729253B2 (ja) | 一酸化けい素焼結体および一酸化けい素焼結ターゲット | |
| ATE212073T1 (de) | Verfahren zur herstellung von hochdichten sinterwerkstücke mit hohem kohlenstoffgehalt | |
| RU2022711C1 (ru) | Способ получения изделий из карбидов переходных металлов | |
| NO893982D0 (no) | Framgangsmaate for dannelse av komposittlegemer med metallmatrise ved aa bruke et knust reaksjonsprodukt av polykrystallinsk oksidasjon. | |
| JPH04228464A (ja) | 炭酸カルシウム焼結体の製造方法および炭酸カルシウム焼結体 | |
| JPH0254733A (ja) | Ｔｉ焼結材料の製造方法 | |
| JP4290850B2 (ja) | アルミニウム基複合材製円盤状部品のプレス成形方法 | |
| US20080075619A1 (en) | Method for making molybdenum parts using metal injection molding | |
| RU2311263C1 (ru) | Способ изготовления спеченных металлических изделий с уплотненной поверхностью | |
| US20050163646A1 (en) | Method of forming articles from alloys of tin and/or titanium | |
| RU2772569C1 (ru) | Способ изготовления керамических изделий ответственного назначения на основе диоксида циркония | |
| JP2016191092A (ja) | 円筒型スパッタリングターゲットの製造方法 | |
| KR20050110960A (ko) | 분말사출성형법에 의한 다이아몬드 공구 소결체의제조방법 및 그에 의해 수득되는 다이아몬드 공구 소결체 | |
| RU2314276C2 (ru) | Способ изготовления порошковых изделий | |
| JPH0313329A (ja) | 耐食性、寸法精度および経済性に優れる焼結金属複合材料およびその製造方法 | |
| JPH07258766A (ja) | Ｔｉ３Ａｌ金属間化合物成形品の製造法 | |
| RU2030254C1 (ru) | Способ изготовления изделий из твердых сплавов на основе карбидов переходных металлов | |
| KR910008879B1 (ko) | 녹생성주철분말을 이용한 소결재료제조방법 | |
| JP2857751B2 (ja) | 鋳鉄系高密度粉末焼結体の製造法 | |
| JPH08218102A (ja) | 金属多孔体の製造方法 | |
| RU2651861C1 (ru) | Способ получения изделий на основе нитрида кремния | |
| SU1636124A1 (ru) | Способ получени изделий из порошков | |
| GB2038882A (en) | Carburising Sintered High Speed Steel | |
| JP2009242903A (ja) | 焼結体の製造方法 |