Состав шихты для производства аддитивных изделий
COMPOSITION OF ADDITIVE ARTICLES PRODUCTION

Предлагаемое изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для производства изделий аддитивными технологиями из кобальтохромовых порошковых материалов в условиях массового, серийного и единичного производства.
Известен способ получения композитного порошка на основе системы титан - ниобий, включающий помещение порошка титана в количестве 60 мас. % и порошка ниобия в количестве 40 мас. % в планетарную мельницу. Также в камеру добавляются стальные мелющие шары. Для предотвращения слипания порошка в камеру добавляют небольшое количество поваренной соли NaCl. Затем для обеспечения так называемой механической сварки, планетарная мельница вращается со скоростью 250 об/мин. Процесс продолжается в течение 40 часов с остановками через каждые 15 минут для охлаждения камеры. В результате получают композитный порошок состава TiNb (40 мас. %).[2].
Основным недостатком указанного способа является очень большая длительность получения композитного порошка на основе системы TiNb (40 мас. %) с однородным распределением структурных составляющих по всему объему частицы ввиду низкоэнергетической механоактивации, а также нежелательное наличие в композите поваренной соли NaCl.
Ближайшим техническим решением является способ приготовления шихты для твердых сплавов на основе карбида вольфрама.Изобретение относится к производству металлокерамических твердых сплавов на основе карбидов тугоплавких металлов, которые используются как износостойкие материалы, режущий инструмент, эрозионностойкие, жаропрочные покрытия. Смесь порошков вольфрама, углерода и кобальта, взятых в соотношениях, отвечающих составу сплава ВК-6, подвергают механической обработке в механохимическом реакторе при ускорении 40 … 60 g в течение 10 - 30 мин).[3].
Задача предлагаемого изобретения состоит в получении качественного состава шихты для улучшения физико-механических свойств изделий, полученных аддитивными технологиями из кобальтохромовых порошковых материалов.
Поставленная задача решается тем, что порошок кобальтохромового сплава для производства аддитивных  изделий, имеющий средний размер частиц 35,69 мкм, получен путем электроэрозионного диспергирования кобальтохромового сплава марки КХМС в бутиловом спирте при напряжении на электродах 100-120 В, частоте следования импульсов 100-120 ГЦ и емкости разрядных конденсаторов 45 мкф.
Технологическая установка для получения порошков из токопроводящих сплавов состоит из источника питания искровыми разрядами, реактора и системы управления. В реакторе между электродами находятся гранулы − куски сплава произвольной формы и размеров. Электроды изготавливаются из диспергируемого материала. Межэлектродный промежуток заполняется бутиловым спиртом так, что слой гранул погружен в эту жидкость.
Соприкасаясь, гранулы образуют множество электрических контактов, соединенных в межэлектродном промежутке последовательно-параллельно. Один разрядный импульс между электродами вызывает в слое гранул, погруженных рабочую жидкость, искрение во многих местах. В местах контакта материал гранул может быть не только расплавлен, но и доведен до более высоких температур, при которых возможно испарение и взрывное удаление материала. При этом частицы вещества отрываются от поверхности гранул и мгновенно охлаждаются жидкостью. В результате электрической эрозии возникают частицы преимущественно сферической формы.
Пример 1.
На установке (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК С22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и патентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. – № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13) диспергировалисплав марки КХМС в бутиловом спирте при следующих режимах: напряжение на электродах U=100…120 В, частота следования импульсов =100…120 Гц, емкость разрядных конденсаторов C=45 мкФ.
Аддитивные изделия получали при температуре 1100 °С.Химический состав изделия представлен в табл. 1.
Таблица 1
Элементный состав полученного изделия
Элемент
Массовая доля, %
О
2,44
Si
0,94
Mo
4,30
Cr
26,51
Fe
0,42
Co
62,13
Ni
3,26
Итого:
100,00
Снимок микроструктуры и элементный состав полученного изделия на растровом электронном микроскопе «Quanta 600 FEG» представлены на фигуре1 и фигуре. Результаты исследования пористости образца металлографическим методом приведены в таблице 2 и на фигуре 3.
Таблица 2
Пористость (металлографический метод)
Образец, ºС
Площадь анализа, кв.мкм
Пористость, %
D<sub>min</sub>
D<sub>max</sub>
D<sub>med</sub>
1100
75310,1
0,78
0,1
5,2
0,3
Результаты исследования микротвердости представлены в табл. 3. Установлено, что среднее значение микротвердости составляет 10927 МПа.
Таблица 3
Микротвердость по Виккерсу
Твердость по Виккерсу
Образец, ºС
1100
1
963
2
963
3
1003
4
1091
5
1394
6
1175
7
1017
8
1045
9
1307
10
1193
Среднее значение (единицы измерения)
1115
МПа
10927
ГПа
10,927
Для производства аддитивных изделий из кобальтохромового порошка следует применять данные параметры работы установки, т.к. при этих режимах достигаются высокие физико-механические свойства изделия.
Пример 2.
На установке (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК С22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и патентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. – № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13) диспергировалисплав марки КХМС в бутиловом спирте при следующих режимах: напряжение на электродах U=100…120 В, частота следования импульсов =100…120 Гц, емкость разрядных конденсаторов C=45 мкФ.
Аддитивные изделия получали при температуре 1000 °С. Химический состав изделия представлен в табл. 4.
Таблица 4
Элементный состав полученного изделия
Элемент
Массовая доля, %
О
2,32
Si
1,17
Mo
4,34
Cr
26,25
Fe
0,41
Co
62,24
Ni
3,27
Итого:
100,00
Снимок микроструктуры и элементный состав полученного изделия на растровом электронном микроскопе «Quanta 600 FEG» представлены на фигуре 1. Результаты исследования пористости образца металлографическим методом приведены в таблице 5.
Таблица 5
Пористость (металлографический метод)
Образец, ºС
Площадь анализа, кв.мкм
Пористость, %
D<sub>min</sub>
D<sub>max</sub>
D<sub>med</sub>
1060
77217,8
3,31
0,7
10,7
0,9
Результаты исследования микротвердости представлены в табл. 6. Установлено, что среднее значение микротвердости составляет 8663 МПа.
Таблица 6
Микротвердость по Виккерсу
Твердость по Виккерсу
Образец, ºС
1000
1
950
2
976
3
1140
4
976
5
1017
6
824
7
878
8
655
9
658
10
765
Среднее значение (единицы измерения)
884
МПа
8663
ГПа
8,663
Для производства аддитивных изделий из кобальтохромового порошка не следует применять данные параметры работы установки, т.к. при этих режимах не достигаются требуемые физико-механические свойства изделия. Полученные физико-механические свойства изделия значительно ниже, чем у первого изделия.
Пример 3.
На установке (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК С22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и патентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. – № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13) диспергировали сплав марки КХМС в бутиловом спирте при следующих режимах: напряжение на электродах U=100…120 В, частота следования импульсов =100…120 Гц, емкость разрядных конденсаторов C=45 мкФ.
Аддитивные изделия получали при температуре 1140 °С.
Для производства аддитивных изделий из кобальтохромового порошка не следует применять данные параметры работы установки, т.к. при этих режимах изделия плохо подвергаются спеканию и получаются рыхлыми.
Источники информации
1. Борд, Н.Ю. Новая технология переработки отходов твердых и тяжелых сплавов // Инструмент. − 1996. №6 − С. 47-49.
2. Заликман, А.Н. Получение твердых сплавов из регенерированных смесей WC-Co, полученных из кусковых отходов цинковым методом // Цветные металлы. − 1993. №1 − С. 10.
3. Немилов, Е.Ф. Электроэрозионная обработка материалов. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. – 160 с.