Капсула для получения биметаллических горячепрессованных прутков

Полезная модель направлена на увеличение выхода годного при обрези концов и повышение прочности порошкового слоя биметаллического прутка. Указанный технический результат достигается тем, что капсула для получения биметаллических горячепрессованных прутков содержит обечайку, верхнюю и нижнюю крышки, осевой стержень, порошковый слой и титановый геттер. На внутреннюю поверхность и внешнюю части нижней крышки установлены кольцевой вкладыш и центрующий вкладыш, жестко закрепленный на внешней поверхности нижней крышки. Массу геттера М_г определяют по формуле М_г=М_п×[%О₂]/100, где М _п - масса порошка заготовки для прутка, [%O₂ ] - массовое содержание кислорода в исходном порошке. Предлагается оптимальное соотношение внешнего диаметра капсулы Д_к и очка матрицы Д_м:Д_к/Д_м=2,5-4.

Полезная модель относится к порошковой металлургии и может быть использована для получения биметаллических прутков с наружным слоем из порошковых сталей и сплавов, преимущественно из быстрорежущих и штамповых сталей.

Известна капсула с геттером, которая содержит тонкостенный стакан с дном, свободно засыпанный порошок, геттер из порошка титана или другого вещества, связывающего кислород, и крышки. Основным недостатком такой конструкции капсулы является возможность химического взаимодействия титанового геттера со стальным порошком, поскольку при температуре 1085°С титан и железо образуют жидкую эвтектику. Наличие эвтектики может привести к разрушению капсулы при нагреве и браку заготовки. [патент РФ 1770088].

Известна капсула для изготовления изделий из металлических порошков. Капсула включает обечайку, нижнюю и верхнюю крышки, геттер из титановой губки, размещенный под верхней крышкой. Между геттером и порошком имеется разделительный слой из пористого кремнийорганического материала, например, из стеклоткани. Геттер может быть расположен в виде равномерного слоя по всему диаметру обечайки и может иметь форму шара или таблетки, обернутого в стеклоткань и зафиксированного по центру верхней крышки. Конструкция капсулы не позволяет получать биметаллические заготовки [патент РФ на ПМ 81111].

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели, выбранной за прототип, является капсула для горячей экструзии биметаллических прутков. Капсула включает обечайку, нижнюю и верхнюю крышки, осевой стержень и геттер. В каждой крышке выполнена внутренняя полость с кольцевым выступом, опертым на торец осевого стержня, а в верхней крышке выполнены каналы, соединяющие ее полость с полостью, заполненной металлическим порошком, при этом геттер расположен во внутренней полости верхней крышки. Внутренняя полость каждой крышки имеет определенную высоту. На внешней поверхности нижней крышки может быть выполнена фаска с углом конусности, равным углу конусности входного отверстия матрицы прессовой оснастки. Верхняя и нижняя крышки могут быть выполнены из определенного материала. В качестве геттера может быть использована титановая губка в виде гранул или брикета [патент РФ на ПМ 87374].

Недостатками такой конструкции являются: низкий выход годного при обрези концов и обдирке поверхности прутка и снижение прочности порошкового слоя из-за низкой степени деформации при прессовании и нестабильной (по эффективности) работы геттера.

Задачей является увеличение выхода годного при обрези концов и повышение прочности порошкового слоя биметаллического прутка.

Для решения поставленной задачи предлагается капсула для получения биметаллических горячепрессованных прутков, включающая обечайку, верхнюю и нижнюю крышки, осевой стержень, порошковый слой и титановый геттер. На внутреннюю поверхность нижней крышки установлен кольцевой вкладыш, а на ее внешней поверхности жестко закреплен центрующий вкладыш. Массу геттера М_г определяют по формуле

М_г=М_п ×[%O₂]/100,

где М_п - масса порошка заготовки для прутка, [%О₂] - массовое содержание кислорода в исходном порошке заготовки для прутка. Предлагается выполнять оптимальное соотношение внешнего диаметра капсулы Д_к и очка матрицы Д_м:Д_к /Д_м=2,5-4.

Для снижения содержания остаточного кислорода до уровня примерно 0,01% и повышения прочности порошкового слоя в капсуле содержится определенная масса титанового геттера в виде губки (М_г). Массу геттера определяют по формуле М_г=М_п·[%O₂]/100, где М_п - масса порошка заготовки для прутка; [%O ₂] - исходное содержание кислорода в порошке.

Соотношение внешнего диаметра капсулы Д_к и очка матрицы Д_м - место, куда устанавливают капсулу, обусловлено следующими причинами: при Д_к/Д_м<2,5 не достигается требуемая степень деформации и прочность порошкового слоя снижается. При Д_к/Д_м>4 резко возрастает нагрузка на матрицу, что приводит к ее интенсивному износу или поломкам.

Кольцевой вкладыш создает подпор (противодавление) порошковому слою при прессовании и, тем самым, сокращает размер неравномерного по толщине порошкового слоя. Соответственно уменьшается длина концевой обрези.

Капсулу для получения биметаллических горячепрессованных прутков нагревают до температуры прессования материала, например, Р6М5, Р18 и устанавливают в контейнер горизонтального пресса, в котором соосно с контейнером закреплена матрица с цилиндрическим отверстием (очком). Через очко матрицы пропрессовывается капсула. В начальный момент прессования, центрующий вкладыш входит в очко матрицы и центрует капсулу по отношению к оси матрицы, что уменьшает эллипсность прессованного прутка и повышает выход годного материала.

Осевой стержень капсулы выполнен из литой или деформированной конструкционной или инструментальной стали, причем диаметр сердечника составляет 0,6-0,8 от диаметра капсулы. Вкладыши выполнены из низкоуглеродистой, нелегированной стали, а высота кольцевого вкладыша в 2-3 раза больше толщины вкладыша или толщины порошкового слоя. Титановый геттер может быть предварительно отожжен в вакууме.

Капсула включает обечайку 1, верхнюю крышку 2, геттер 3, порошок 4, осевой стержень (сердечник) 5, кольцевой вкладыш 6, нижняя крышка 7, центрующий вкладыш 8, матрица 9 (фиг.1).

Примеры экспериментального опробования предлагаемой полезной модели в сравнении с прототипом.

Таблица 1
Примеры	Параметры экспериментов Результаты экспериментов
Дк/Д м	Вкладыши	[%O2]	Мп, г	Мг, г	Выход годного ВГ, %	изг, МПа	Примечание
1	2,5	есть	0,03	14850	4,5	85	4000	-
2	4,0	есть	0,03	14850	4,5	86	4050	-
3	5,0	есть	0,04	14850	6,0	-	-	поломка
4	2,0	есть	0,04	14850	6,0	85	3300	-
5	2,5	есть	0,04	14850	3,0	84	3500	-
6	2,5	есть	0,04	14850	9,0	85	4080	-
Прототип	2,5	нет	0,04	14850	6,0	73	3950

Где _изг, - прочность порошкового слоя после прессования.

Наличие вкладышей (примеры 1-6) повышают выход годного с 73 до 84-86%. При Д_к/Д_м=2,5-4 реализуется достаточно высокая прочность порошкового слоя (_изг=4000-4050 МПа, примеры 1, 2). При Д _к/Д_м=5 произошла поломка матрицы из-за чрезмерного давления прессования (пример 3). При Д_к/Д_м =2 существенно снизилась прочность порошкового слоя (пример 4). При содержании титанового геттера с массой ниже расчетной (по предложенной формуле) наблюдается снижение прочности порошкового слоя биметаллического прутка (пример 5). Повышенное содержание массы геттера существенно не сказывается на прочности порошкового слоя биметаллического прутка (пример 6).

Капсула для получения биметаллических горячепрессованных прутков, включающая обечайку, верхнюю и нижнюю крышки, осевой стержень, порошковый слой и титановый геттер, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кольцевой вкладыш, установленный на внутреннюю поверхность нижней крышки и центрующий вкладыш, жестко закрепленный на внешней поверхности нижней крышки, массу геттера М_г определяют по формуле:

М_г=М_п·[%O ₂]/100,

где М_п - масса порошка заготовки для прутка, [%О₂] - массовое содержание кислорода в исходном порошке, а соотношение внешнего диаметра капсулы Д _к и очка матрицы Д_м составляет Д_к /Д_м=2,5-4.