RU2030254C1 - Method of manufacturing articles from solid alloys on basis of transition metal carbides - Google Patents
Method of manufacturing articles from solid alloys on basis of transition metal carbides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2030254C1 RU2030254C1 SU4944269A RU2030254C1 RU 2030254 C1 RU2030254 C1 RU 2030254C1 SU 4944269 A SU4944269 A SU 4944269A RU 2030254 C1 RU2030254 C1 RU 2030254C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- deformation
- transition
- transition metal
- carbide
- Prior art date
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 title abstract 3
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 title description 5
- -1 transition metal carbides Chemical class 0.000 title description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 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 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии. The invention relates to powder metallurgy.
Известен способ изготовления изделий из твердых сплавов на основе карбидов переходных металлов, заключающийся в прессовании заготовки из порошков и в ее спекании при повышенной температуре, преимущественно, в защитной атмосфере [1]. A known method of manufacturing products from hard alloys based on transition metal carbides, which consists in pressing a workpiece from powders and in its sintering at elevated temperature, mainly in a protective atmosphere [1].
К недостаткам данного способа относятся низкие прочностные свойства получаемых изделий из-за остаточной пористости при неравномерном распределении пор при изготовлении сложнопрофильных изделий. The disadvantages of this method include the low strength properties of the resulting products due to residual porosity with an uneven pore distribution in the manufacture of complex products.
Известен также способ изготовления изделий из твердых сплавов на основе карбидов переходных металлов, включающий нагрев заготовки и ее деформирование до получения конечной формы изделия [2]. There is also a known method of manufacturing products from hard alloys based on transition metal carbides, including heating the workpiece and its deformation to obtain the final shape of the product [2].
Данный способ как наиболее близкий к предлагаемому принят за прототип. К недостаткам способа-прототипа относится низкий выход годного при изготовлении изделий, а также низкая стабильность уровня физико-механических и эксплуатационных свойств. This method, as the closest to the proposed adopted as a prototype. The disadvantages of the prototype method include low yield in the manufacture of products, as well as low stability of the level of physico-mechanical and operational properties.
Целью изобретения является повышение выхода годного при изготовлении изделий при повышении стабильности уровня физико-механических и эксплуатационных свойств. The aim of the invention is to increase the yield in the manufacture of products while increasing the stability of the level of physical, mechanical and operational properties.
Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления изделий из твердых сплавов на основе карбидов переходных металлов, включающем нагрев и деформацию заготовки, в отличие от известного деформацию проводят при температуре в 1,2-1,65 от температуры хрупковязкого перехода карбидной фазы в твердом сплаве со скоростью деформирования 0,1-150 мм/мин. This goal is achieved by the fact that in the method of manufacturing products from carbides based on transition metal carbides, including heating and deformation of the workpiece, in contrast to the known deformation is carried out at a temperature of 1.2-1.65 of the temperature of the fragile transition of the carbide phase in the hard alloy with a strain rate of 0.1-150 mm / min.
Сущность данного способа состоит в том, что заготовки из твердых сплавов получают малыми партиями, в которых структура и свойства карбидной фазы сильно отличаются от партии к партии. The essence of this method lies in the fact that billets of hard alloys are obtained in small batches in which the structure and properties of the carbide phase are very different from batch to batch.
Экспериментальным путем установлено, что наличие в карбидах 0,1-0,2 мас.% примесей водорода, кислорода или азота при прочих равных условиях могут изменять температуру хрупкопластичного перехода на 200оС и более, т.е. при постоянной температуре деформирования заготовок одна партия может деформироваться хорошо, а другая партия разрушается практически хрупко. Кроме того на температуру хрупковязкого перехода влияет размер зерен карбидной фазы, характер распределения связки в твердом сплаве, а также некоторые внешние факторы, такие как скорость деформирования заготовки, наличие и качество смазки.It was established experimentally that the presence of carbides of 0.1-0.2 wt.% Of the impurities hydrogen, oxygen or nitrogen brittle-transition temperature may change under other equal conditions of 200 ° C or more, i.e., at a constant temperature of deformation of the workpieces, one batch can be deformed well, and the other batch is destroyed almost brittle. In addition, the temperature of the brittle-viscous transition is affected by the grain size of the carbide phase, the nature of the distribution of the binder in the hard alloy, as well as some external factors, such as the rate of deformation of the workpiece, the presence and quality of the lubricant.
Из изложенного следует, что для каждой партии заготовок необходимо каждый раз подбирать оптимальные температурно-скоростные условия деформирования. Установлено, что результирующим фактором, который позволяет относительно него установить оптимальные условия деформирования, является температура хрупковязкого перехода карбидной фазы в твердом сплаве, а не температура плавления карбидной фазы или связки, которые не позволяют учесть структурные факторы, влияющие на выход годного и уровень физико-механических и эксплуатационных свойств. It follows from the foregoing that for each batch of billets, it is necessary to select the optimal temperature and speed conditions for deformation each time. It has been established that the resulting factor that allows one to establish optimal deformation conditions relative to it is the temperature of the brittle-viscous transition of the carbide phase in the hard alloy, and not the melting temperature of the carbide phase or binder, which do not allow taking into account structural factors affecting the yield and the level of physical and mechanical and operational properties.
Снижение температуры деформирования ниже 1,2 от температуры хрупковязкого перехода нежелательно, так как в материале при этом снижается пластичность, что может привести к образованию и развитию трещин, преимущественно в зонах деформируемой заготовки, где преобладают растягивающие напряжения, а также из-за того, что в карбидной фазе появляется значительная металлографическая и кристаллографическая текстура и остаточное внутреннее напряжение. A decrease in the deformation temperature below 1.2 from the temperature of the brittle-viscous transition is undesirable, since plasticity decreases in the material, which can lead to the formation and development of cracks, mainly in areas of the deformable workpiece, where tensile stresses predominate, and also because In the carbide phase, a significant metallographic and crystallographic texture and residual internal stress appear.
Повышение температуры деформирования выше 1,66 от температуры хрупкопластичного перехода также нежелательно из-за резкого роста размеров зерен карбидной фазы и соответственно снижения уровня физико-механических и эксплуатационных свойств твердого сплава в целом. An increase in the deformation temperature above 1.66 of the temperature of the brittle-plastic transition is also undesirable due to a sharp increase in the grain size of the carbide phase and, accordingly, a decrease in the level of physicomechanical and operational properties of the hard alloy as a whole.
Использовать скорость деформирования ниже 0,1 мм/мин нерационально из-за низкой производительности процесса и соответственно роста эксплуатационных расходов и себестоимости изделий. При повышении скорости деформирования заготовок выше 150 мм/мин возрастает вероятность зарождения и роста трещин в деформируемых заготовках, что приводит к появлению неисправимого брака. Using a deformation rate below 0.1 mm / min is irrational due to the low productivity of the process and, accordingly, an increase in operating costs and the cost of products. With an increase in the rate of deformation of workpieces above 150 mm / min, the likelihood of nucleation and growth of cracks in deformable workpieces increases, which leads to the appearance of an unrecoverable defect.
Экспериментальным путем обнаружено, что в процессе деформирования карбидов переходных металлов в указанном интервале температуры происходит интенсивная динамическая рекристаллизация материала, при этом размер зерен карбида уменьшается, например с 12 мкм до 1,5 мкм при деформировании карбида с составом TiC 0,47, в котором содержится около 20% второй фазы на основе титана (связки), согласно диаграмме состояния. Если деформацию карбидов, полученных в разных условиях, проводить при температуре одинаковой относительно температуры хрупкопластичного перехода, то их структура и свойства выравниваются, также как и эксплуатационные свойства. Следует отметить, что эффект выравнивания свойств исчезает, если ориентироваться на температуру плавления материала. It was found experimentally that during the deformation of transition metal carbides in the indicated temperature range, intense dynamic recrystallization of the material occurs, while the carbide grain size decreases, for example, from 12 μm to 1.5 μm when the carbide is deformed with a composition of 0.47 TiC, which contains about 20% of the second phase based on titanium (ligament), according to the state diagram. If the deformation of carbides obtained under different conditions is carried out at a temperature identical to the temperature of the brittle plastic transition, then their structure and properties are aligned, as well as the operational properties. It should be noted that the effect of equalization of properties disappears if we focus on the melting temperature of the material.
В патентной и научно-технической литературе не обнаружено какой-либо информации о связи температуры хрупкопластичного перехода и скорости деформирования с повышением выхода годного и стабильности уровня физико-механических и эксплуатационных свойств при изготовлении изделий из твердых сплавов штамповкой. Поэтому можно считать, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенность отличий". No information was found in the patent and scientific literature on the relationship between the temperature of the brittle plastic transition and the strain rate with increasing yield and stability of the level of physicomechanical and operational properties in the manufacture of stamped hard alloys. Therefore, we can assume that the proposed technical solution meets the criterion of "materiality of differences."
Изготавливали заготовки из карбида титана с составом (20% об связки на основе титана) двумя различными способами. Titanium carbide preforms were made with a composition (20% v / v titanium-based binder) in two different ways.
Согласно первому, смешивали порошок карбида титана составом TiC1,0 с соответствующим количеством титана, смесь отжигали до получения материала с составом TiC0,47, размалывали спек, прессовали заготовку диаметром 70 мм и высотой 22 мм и спекали ее при 1600оС в течение 1 ч в вакууме глубиной 10-4 мм рт. ст. В результате был получен материал с размером зерен карбида - 12 мкм, с количеством избыточного титана 22% (объемных) пористостью 16%. Характер пор - закрытый.According to a first mixed powder of titanium carbide TiC 1,0 composition with an appropriate amount of titanium, the mixture was annealed to produce a material with the composition of TiC 0,47, milled frit was pressed preform 70 mm in diameter and 22 mm in height and it was sintered at 1600 C for 1 h in vacuum with a depth of 10 -4 mm RT. Art. As a result, a material was obtained with a carbide grain size of 12 μm, with an excess of titanium of 22% (volume) porosity of 16%. The nature of the pores is closed.
Согласно второму способу, смешивали порошки титана и углерода, прессовали заготовку, укладывали ее в реакционную пресс-форму, инициировали в ней реакцию горения и компактировали полученный пористый полупродукт. В результате был получен материал с составом TiC0,47 (23% объемных титановой фазы, расположенной по границам зерен карбида). Размер карбидных зерен составлял 10-12 мкм, пористость - 20%. Характер пор - закрытый.According to the second method, titanium and carbon powders were mixed, a workpiece was pressed, it was placed in a reaction mold, a combustion reaction was initiated in it, and the resulting porous intermediate was compacted. As a result, a material with a TiC composition of 0.47 was obtained (23% of the bulk titanium phase located at the carbide grain boundaries). The size of carbide grains was 10-12 microns, porosity - 20%. The nature of the pores is closed.
Из полученных заготовок вырезали образцы в виде параллелепипедов с соотношением сторон 5х5х25 мм и определяли на них температуру хрупкопластичного перехода материалов. При скорости деформирования 1 мм/мин было установлено, что температура хрупкопластичного перехода материала, полученного методом порошковой металлургии, составляет 950оС при прочности 477 кг/мм, а температура хрупкопластичного перехода материала, полученного методом СВС-компактирования, равна 700оС при прочности 70 кг/мм2.Samples in the form of parallelepipeds with an aspect ratio of 5x5x25 mm were cut from the obtained blanks and the temperature of the brittle plastic transition of materials was determined on them. If the deformation rate of 1 mm / min, it was found that the temperature brittle-transition material produced by powder metallurgy, is 950 ° C at a strength of 477 kg / mm, and the temperature brittle-transition material manufactured by the SHS-compaction, is 700 ° C at a strength 70 kg / mm 2 .
Изготавливали двухсторонние дисковые ножи диаметром 40 мм и толщиной в центре 2 мм из твердого сплава составом ТiС0,47.Double-sided circular knives were made with a diameter of 40 mm and a thickness in the center of 2 mm from a hard alloy with a composition of TiC 0.47 .
Для этого из заготовок, полученных методом порошковой металлургии и СВС-компактированием на электроэррозионных станках, вырезали заготовки диаметром 20 мм, укладывали заготовки в штамм и деформировали заготовки до получения размеров и формы изделия. При этом степень деформации исходной заготовки на сжатие составляла около 75%. Заготовки деформировали при различной температуре с различной скоростью деформирования. После изготовления готовых изделий из штампа в них прожигали центральное отверстие и шлифовали под окончательные размеры. Для каждой температуры и скорости деформирования испытывали по 5 заготовок. После деформирования определяли количество годных штамповок. При 980оС при скоростях деформирования 0,1 и 1 мм/мин испытывали по 2 заготовки, полученных методом порошковой металлургии. Все заготовки разрушались в процессе деформации.For this purpose, blanks with a diameter of 20 mm were cut from blanks obtained by powder metallurgy and SHS compaction on electric erosion machines, blanks were placed in a strain, and blanks were deformed to obtain the dimensions and shape of the product. In this case, the degree of deformation of the initial workpiece in compression was about 75%. The preforms were deformed at different temperatures with different strain rates. After manufacturing the finished products from the stamp, the central hole was burned in them and polished to the final dimensions. Five blanks were tested for each temperature and strain rate. After deformation, the number of suitable stampings was determined. At 980 ° C at strain rates of 0.1 and 1 mm / min was tested at two preform obtained by powder metallurgy. All blanks were destroyed during deformation.
Результаты экспериментов сведены в табл. 1 (по температуре деформирования) и в табл. 2 (по скоростям деформирования). The experimental results are summarized in table. 1 (by deformation temperature) and in table. 2 (according to strain rates).
В данной таблице СВС-самораспространяющийся высокотемпературный синтез с последующим компактированием, ПМ - метод порошковой металлургии. In this table, SHS is a self-propagating high-temperature synthesis followed by compaction; PM is a powder metallurgy method.
Как следует из табл., несмотря на то, что материалы практически одинаковы по структуре, возможность получения из них изделий зависит прежде всего от температуры хрупкопластичного перехода, а не от температуры плавления и при выполнении существенных признаков предлагаемого способа достигается поставленная цель. As follows from the table, despite the fact that the materials are almost identical in structure, the possibility of obtaining products from them depends primarily on the temperature of the brittle plastic transition, and not on the melting temperature, and when the essential features of the proposed method are fulfilled, the goal is achieved.
Для определения влияния скорости деформирования на выход годного также были отобраны по 5 заготовок. Деформирование производили при оптимальных температурах деформирования для СВС-980оС и для ПМ - 1290оС.To determine the effect of the strain rate on the yield, 5 blanks were also selected. The deformation was carried out at optimal deformation temperatures for the SHS-980 о С and for PM - 1290 о С.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет увеличить выход годного: кроме того, при реализации предлагаемого способа пористость для обоих материалов уменьшилась до 3-6%, уменьшился размер зерен карбидной фазы, что влечет за собой повышение уровня эксплуатационных свойств. Thus, the proposed method allows to increase the yield: in addition, when implementing the proposed method, the porosity for both materials decreased to 3-6%, the grain size of the carbide phase decreased, which entails an increase in the level of operational properties.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4944269 RU2030254C1 (en) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | Method of manufacturing articles from solid alloys on basis of transition metal carbides |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4944269 RU2030254C1 (en) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | Method of manufacturing articles from solid alloys on basis of transition metal carbides |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2030254C1 true RU2030254C1 (en) | 1995-03-10 |
Family
ID=21578667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4944269 RU2030254C1 (en) | 1991-06-11 | 1991-06-11 | Method of manufacturing articles from solid alloys on basis of transition metal carbides |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2030254C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529345C1 (en) * | 2013-04-04 | 2014-09-27 | Анатолий Васильевич Алдунин | Method to produce cylindrical forged piece from compact sintered blanks of metal powders |
-
1991
- 1991-06-11 RU SU4944269 patent/RU2030254C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Либенсон Г.А. Производство спеченных изделий. М.: Металлургия, 1982, с.57-58. * |
| 2. Ланин А.Г., Турчин В.Н. и Ерин О.Н. Влияние параметров нагружения и размера зерна на прочностные и деформационные характеристики карбида циркония. Металлофизика, т.II, N 3, 1989, с.73-83. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529345C1 (en) * | 2013-04-04 | 2014-09-27 | Анатолий Васильевич Алдунин | Method to produce cylindrical forged piece from compact sintered blanks of metal powders |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1256275A (en) | Rapid rate sintering of ceramics | |
| EP0397513A1 (en) | Consolidation of powder aluminum and aluminum alloys | |
| US4612162A (en) | Method for producing a high density metal article | |
| JP2002531693A (en) | Hard sintered compact having nickel- and cobalt-free, nitrogen-containing steel as binder for hard phase | |
| KR900006613B1 (en) | Process for producing a copper-based spinodal alloy product and age hardened product made therefrom | |
| JP2769821B2 (en) | TiCN-based cermet and method for producing the same | |
| US4743512A (en) | Method of manufacturing flat forms from metal powder and product formed therefrom | |
| RU2030254C1 (en) | Method of manufacturing articles from solid alloys on basis of transition metal carbides | |
| US4300951A (en) | Liquid phase sintered dense composite bodies and method for producing the same | |
| JPH0254733A (en) | Manufacture of ti sintered material | |
| CN107034375A (en) | A kind of method that utilization hydride powder prepares high-compactness titanium article | |
| US5167944A (en) | Method for the production of aluminum nitride-based sintered products | |
| US20050163646A1 (en) | Method of forming articles from alloys of tin and/or titanium | |
| JPS5857502B2 (en) | Sintered material with toughness and wear resistance | |
| US3759709A (en) | Method for producing porous metal products | |
| KR950007174B1 (en) | Manufacturing method of hard alloy for watch case | |
| KR0178578B1 (en) | Manufacturing method of cemented carbide sintered body for impact resistance and high compressive strength | |
| CN113103159A (en) | Grinding wheel for machining hard materials and preparation method thereof | |
| JPH03193801A (en) | Sintering additive powder for intermetallic compound and sintering method thereof | |
| JPS6212664A (en) | Method of sintering b4c base composite body | |
| JPH02290901A (en) | Metal fine powder for compacting and manufacture of sintered body thereof | |
| V'yushkova et al. | Characteristics of the effect of preliminary mechanical activation of a batch on parameters of the self-propagating high-temperature synthesis process, structure, and properties of multicomponent cermet SHTM-5 | |
| RU2061655C1 (en) | Method for preparation of solvent for synthesis of single-crystal diamonds | |
| JPH0683890B2 (en) | Method for manufacturing wear resistant member for molding machine | |
| JPS59563B2 (en) | Manufacturing method of diamond sintered body |