RU2758655C2 - Способ диффузионной сварки металлов с металлокерамикой - Google Patents
Способ диффузионной сварки металлов с металлокерамикой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758655C2 RU2758655C2 RU2020113783A RU2020113783A RU2758655C2 RU 2758655 C2 RU2758655 C2 RU 2758655C2 RU 2020113783 A RU2020113783 A RU 2020113783A RU 2020113783 A RU2020113783 A RU 2020113783A RU 2758655 C2 RU2758655 C2 RU 2758655C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffusion welding
- powder
- metal
- sintering
- cermet
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K28/00—Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
- B23P15/06—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass piston rings from one piece
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу диффузионной сварки металлов с металлокерамикой и может быть использовано для изготовления прирабатываемого уплотнения турбин с многослойной оболочкой. Способ диффузионной сварки металлов с металлокерамикой включает запрессовку порошка металлокерамического материала в полость металлической детали в холодном состоянии до пористости 5-25%, их нагревание в вакууме и спекание. Перед диффузионной сваркой осуществляют термическую обработку основной детали для снятия напряжений и стабилизации ее размеров, а перед запрессовкой – предварительную фракционную сепарацию исходной порошковой шихты. В результате предложенное изобретение позволяет увеличить прочность соединения металла с металлокерамикой на изгиб после диффузионной сварки и устранить трещины и отрывы. 2 табл., 2 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к технологии диффузионной сварки металлической детали с металлокерамикой и может быть использовано для изготовления прирабатываемого уплотнения турбин с многослойной оболочкой.
Известен способ изготовления спеченных изделий, включающий прессование исходного порошка, спекание и охлаждение при определенных интервалах температур (Патент №876303, МПК B22F 3/16, H01F 1/22, 30.10.1981 - аналог).
Недостатком данного способа является тот факт, что устранение коробления достигается за счет выравнивания температуры по сечению при изотермических выдержках без учета возможного коробления изделий при штамповке и механической обработке за счет снятия напряжений, возникших при их изготовлении, а также фазовых превращениях в процессе термической обработки основного материала.
Наиболее близким аналогом является способ диффузионной сварки металлов с металлокерамикой, по которому порошок металлокерамического материала УМБ-4С запрессовывают в полость металлической детали при температуре, ниже температуры рекристаллизации до пористости 5-25% (Патент №738802, МПК В23К 19/00, 05.06.1980).
Величина пористости после запрессовки определяется исходным гранулометрическим составом порошка металлокерамического материала УМБ-4С, имеющего композицию: 92% нихрома Х20Н80 и 8% нитрида бора.
В соответствии с ГОСТ13084-88 порошок нихрома ПХ20Н80 изготавливается трех классов крупности: 280, 160 и 56.
Для обеспечения прочности на изгиб не менее 10 кг/мм2 предлагается применять фракцию класса крупности 56 (гранулометрический состав представлен в таблице 1).
При этом порошок этого класса крупности на 50% состоит из частиц размером от 0,16 до 0,056 мм и менее.
Прочность соединения на изгиб после диффузионной сварки по патенту №738802 составляет 19, 15 кг/мм2, а при пористости после запрессовки более 25% - менее 7 кг/мм2. При этом по техническим требованиям на изготовление прирабатываемого уплотнения турбин с многослойной оболочкой норма прочности соединения на изгиб составляет не менее 10 кг/мм2.
Диффузионную сварку производят в обычных вакуумных печах при температуре 1170°C с выдержкой 3 часа.
При установленном температурном режиме одновременно идет диффузионная сварка с образованием диффузионного соединения и спекание металлокерамики УМБ-4С.
Под действием деформации и внутренних упругих напряжений, возникающих в двухслойной заготовке, создается давление металлокерамики на поверхность металлической детали необходимое для выполнения диффузионной сварки.
Плотность металлокерамики при спекании определяется гранулометрическим составом порошка: процентом выхода фракции, размером частиц и технологическим режимом спекания.
В процессе спекания, за счет объемной усадки, происходит повышение плотности металлокерамики в результате возникновения связей между отдельными частицами, сфероидизации пор и закрытия сквозной пористости.
Этот процесс сопровождается созданием достаточно высоких внутренних напряжений, которые, при неблагоприятных условиях, приводят к разрушениям диффузионного соединения с образованием трещин и отрывов в металлокерамике.
Недостатком этого способа является то, что порошок металлокерамического материала УМБ-4С, состоящий на 92% из нихромового порошка класса крупности 56 (ГОСТ13084-88), на 50% состоит из частиц размером от 0,16 до 0,056 мм и менее без ограничения.
Ни в одном из указанных способов не учтен процесс усадки металлокерамического порошка в процессе спекания, вызывающий разрушение соединения металлов с металлокерамикой в процессе спекания. Известно, что процесс усадки порошковой композиции зависит от размера и формы частиц порошка, а также факторов давления прессования, температуры спекания (Я.Е. Гегузин «Физика спекания». Издательство «Наука», 1967 г., стр. 268-270).
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является увеличение прочности соединения металла с металлокерамикой на изгиб после диффузионной сварки и устранение трещин и отрывов.
Данный технический результат достигается с помощью способа диффузионной сварки металлической детали из сплава на никелевой основе ЭП666 с металлокерамикой, включающего запрессовку порошка металлокерамического материала в полость металлической детали в холодном состоянии до пористости 5-25%, их нагревание в вакууме и спекание, а согласно изобретению, перед диффузионной сваркой осуществляют термическую обработку металлической детали путем нагрева детали без порошка в вакуумной печи до Т=1160±5-10°C с выдержкой в течение 3 ч и вакууме не более 5×10-4 мм рт. ст., охлаждения с печью до 700°C с выдержкой 15 ч, охлаждения с печью в камере нагрева до 400±10°C и охлаждения с печью до 150°C в камере охлаждения без напуска аргона, а перед запрессовкой осуществляют предварительную фракционную сепарацию исходного порошка металлокерамического материала с уменьшением в нем объемного содержания частиц менее 0,056 мм для уменьшения его объемной усадки при спекании.
Одним из условий получения прочного соединения в процессе диффузионной сварки является обеспечение равномерного зазора между металлокерамикой и основным материалом. При этом объемные изменения детали из сплава ЭП666, происходящие в результате фазовых превращений и возникающие при этом напряжения при выполнении режимов спекания, крайне нежелательны и должны быть минимизированы (Ф.Ф. Химушин «Жаропрочные стали и сплавы». Издательство «Металлургия», 1964 г., стр. 270-276).
Для снятия напряжений, возникших при изготовлении деталей (штамповке, механической обработке и т.п.), и стабилизации фазового состава сплава марки ХН55МБЮ перед диффузионной сваркой и спеканием проводится предварительная термическая обработка детали.
Причиной нарушения целостности диффузионного соединения по границе раздела металлокерамика-металл является то, что в процессе спекания помимо прижатия металлокерамического слоя к стенкам металлической детали вследствие термического расширения, происходит уменьшение объема металлокерамики за счет усадки порошка при спекании (фото 1, 2).
На фото 1 изображено разрушение диффузионного соединения УМБ-4С - ЭП666, а на фото 2 - диффузионное соединение УМБ-4С - ЭП666 без разрушения.
С целью исключения усадки металлокерамического порошка в процессе спекания, вызывающего разрушения соединения металла с металлокерамикой, осуществляют фракционную сепарацию порошка.
Для повышения качества и стабилизации состава порошка ПХ20Н80-56-24 проводится фракционная сепарация с ограничением процента частиц менее 0,056 мм. Предлагаемый способ изготовления предусматривает предварительную фракционную сепарацию (просев) порошковой шихты с получением гранулометрического материала ПХ20Н80-56-24 следующего состава.
Гранулометрический состав приведен в таблице 2.
Пример
Наружное уплотнительное кольцо, имеющее внутреннюю полость, заполненную металлокерамическим порошком УМБ-4С изготавливают из сплава ЭП666.
Предварительную термическую обработку уплотнительного кольца, без порошка УМБ-4С в полости, выполняют в 4 захода следующим образом.
1 заход - нагрев детали без порошка в вакуумной печи по режиму:
T = 1160 ± 5 10°C, прогрев по контрольной выдержке - 3 часа.
Вакуум - не более 5×10-4 мм рт.ст., охладить с печью до 700°C, выдержка 15 часов.
Охладить с печью (в камере нагрева) до 400±10°C. Охладить с печью (в камере охлаждения) без напуска аргона до t≤150°C.
2 заход - вакуумная сушка порошка.
3 заход - вакуумная сушка порошка (при необходимости).
4 заход - спекание.
Нагреть до 600±10°C - выдержка 3 часа (8°/мин).
Нагреть до 800±10°C - 1 час (4°/мин).
Нагреть до 1160+5 °C - 6 часов 501 (0,8°/мин).
Далее с печью до 700°C, выдержка - 15 часов.
Охладить с печью до 400°C и далее в камере охлаждения с напуском аргона.
Таким образом, заявленное изобретение позволило увеличить прочность соединения металла с металлокерамикой на изгиб после диффузионной сварки и устранить трещины и отрывы.
Claims (1)
- Способ диффузионной сварки металлической детали из сплава на никелевой основе ЭП666 с металлокерамикой, включающий запрессовку порошка металлокерамического материала в полость металлической детали в холодном состоянии до пористости 5-25%, их нагревание в вакууме и спекание, отличающийся тем, что перед диффузионной сваркой осуществляют термическую обработку металлической детали путем нагрева детали без порошка в вакуумной печи до Т=1160±5-10°C с выдержкой в течение 3 ч и вакууме не более 5×10-4 мм рт.ст., охлаждения с печью до 700°C с выдержкой 15 ч, охлаждения с печью в камере нагрева до 400±10°C и охлаждения с печью до 150°C в камере охлаждения без напуска аргона, а перед запрессовкой осуществляют предварительную фракционную сепарацию исходного порошка металлокерамического материала с уменьшением в нем объемного содержания частиц менее 0,056 мм для уменьшения его объемной усадки при спекании.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020113783A RU2758655C2 (ru) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Способ диффузионной сварки металлов с металлокерамикой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020113783A RU2758655C2 (ru) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Способ диффузионной сварки металлов с металлокерамикой |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020113783A3 RU2020113783A3 (ru) | 2021-10-04 |
RU2020113783A RU2020113783A (ru) | 2021-10-04 |
RU2758655C2 true RU2758655C2 (ru) | 2021-11-01 |
Family
ID=77999471
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020113783A RU2758655C2 (ru) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Способ диффузионной сварки металлов с металлокерамикой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2758655C2 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU738802A1 (ru) * | 1978-11-30 | 1980-06-05 | Предприятие П/Я А-3556 | Способ диффузионной сварки металлов с металлокерамикой |
SU876303A1 (ru) * | 1979-12-26 | 1981-10-30 | Тамбовский институт химического машиностроения | Способ изготовлени спеченных изделий |
RU2104093C1 (ru) * | 1996-07-31 | 1998-02-10 | Злобин Михаил Николаевич | Способ пенной сепарации и флотации |
RU2241408C1 (ru) * | 2003-10-06 | 2004-12-10 | Меликян Меликсет Литвинович | Способ восстановления зуба с отсутствующей коронковой частью и перфорацией корня в области бифуркации с применением армирующего сеточного кольца |
AU2009233790A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Velocys Inc. | Process for upgrading a carbonaceous material using microchannel process technology |
RU2418074C1 (ru) * | 2009-10-07 | 2011-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "МИФИ-АМЕТО" | Способ упрочнения изделий из металлических материалов с получением наноструктурированных поверхностных слоев |
FR3051186A1 (fr) * | 2016-05-11 | 2017-11-17 | Ariamis Eng | Procede de fabrication d'une poudre metal-ceramique appropriee pour la fabrication d'une piece de ceramique dure et procede de fabrication correspondant |
-
2020
- 2020-04-03 RU RU2020113783A patent/RU2758655C2/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU738802A1 (ru) * | 1978-11-30 | 1980-06-05 | Предприятие П/Я А-3556 | Способ диффузионной сварки металлов с металлокерамикой |
SU876303A1 (ru) * | 1979-12-26 | 1981-10-30 | Тамбовский институт химического машиностроения | Способ изготовлени спеченных изделий |
RU2104093C1 (ru) * | 1996-07-31 | 1998-02-10 | Злобин Михаил Николаевич | Способ пенной сепарации и флотации |
RU2241408C1 (ru) * | 2003-10-06 | 2004-12-10 | Меликян Меликсет Литвинович | Способ восстановления зуба с отсутствующей коронковой частью и перфорацией корня в области бифуркации с применением армирующего сеточного кольца |
AU2009233790A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Velocys Inc. | Process for upgrading a carbonaceous material using microchannel process technology |
RU2418074C1 (ru) * | 2009-10-07 | 2011-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "МИФИ-АМЕТО" | Способ упрочнения изделий из металлических материалов с получением наноструктурированных поверхностных слоев |
FR3051186A1 (fr) * | 2016-05-11 | 2017-11-17 | Ariamis Eng | Procede de fabrication d'une poudre metal-ceramique appropriee pour la fabrication d'une piece de ceramique dure et procede de fabrication correspondant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2020113783A3 (ru) | 2021-10-04 |
RU2020113783A (ru) | 2021-10-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4778649A (en) | Method of producing composite materials | |
US5137789A (en) | Composite ceramic and metal article | |
US4582678A (en) | Method of producing rocket combustors | |
EP1727643B1 (en) | Method of making sputtering target | |
US3887411A (en) | Making a triple density article of silicon nitride | |
US5996385A (en) | Hot explosive consolidation of refractory metal and alloys | |
CN105385869B (zh) | 高铌TiAl系金属间化合物与TC4钛合金复合构件的制备方法 | |
CN105441881B (zh) | 铬靶材及其组合的制造方法 | |
US4368074A (en) | Method of producing a high temperature metal powder component | |
RU2758655C2 (ru) | Способ диффузионной сварки металлов с металлокерамикой | |
US11219949B2 (en) | Method for promoting densification of metal body by utilizing metal expansion induced by hydrogen absorption | |
US4972898A (en) | Method of forming a piston containing a cavity | |
JPH06506187A (ja) | セラミック体の製造法 | |
JP6760812B2 (ja) | 内燃機関用ピストンおよび内燃機関用ピストンの製造方法 | |
KR102524107B1 (ko) | 실린더 타겟의 제조방법 | |
JP3380892B2 (ja) | Ti−Al合金および同合金の製造方法ならびに同合金の接合方法 | |
RU2623942C1 (ru) | Способ изготовления дисперсно-упрочненного композиционного электродного материала для электроискрового легирования и электродуговой наплавки | |
JPS6254841B2 (ru) | ||
US2946680A (en) | Powder metallurgy | |
RU2767968C1 (ru) | Способ производства деталей малоразмерного газотурбинного двигателя с тягой до 150 кгс методом селективного лазерного сплавления | |
JP7429575B2 (ja) | 窒化物セラミックスの焼結方法及び焼結物の製造方法 | |
KR20210001128U (ko) | 실린더 타겟의 제조방법 | |
JP2006130539A (ja) | 鋳型の製造方法 | |
RU2816713C1 (ru) | Способ получения тугоплавкого материала | |
JP2002180149A (ja) | 高密度TiAl金属間化合物の常圧燃焼合成方法 |