Способ получения изделий из композиционных материалов

 

Сущность изобретения: одновременно с экструзией осуществляют нагрев синтезированного композиционного материала до температуры формования. Мощность теплового источника выбирают из соотношения, учитывающего теплофизические свойства материала, скорость выдавливания и площадь поперечного сечения фильеры. Для осесимметричного разогрева в магнитном поле его мощности определяют по формуле, учитывающей , с одной стороны, КПД источника, а с другой - теплофизические, магнитные свойства материала, его проводимость, диаметр фильеры и скорость экструзии. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам получения твердосплавных изделий методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и получение изделий сложной формы из литых материалов.

На чертеже представлена схема установки, реализующей данный способ.

Основными частями предлагаемой установки являются СВС-реактор и система нагрева. СВС-реактор смонтирован на станине 1 пресса. В состав СВС-реактора входят матрица 7, пуансон 3 и контейнер 2, в зазоре между которыми помещена предварительно прессованная заготовка, имеющая тепловой контакт с нихромовой спиралью (не показаны). Последняя в свою очередь электрически сообщена с устройством поджига 5. Под станину 1 пресса выведен элемент, позволяющий нагреть композиционный материал. В данном случае - это индуктор 8, выполненный в виде соленоида, запитанный от ВЧ-генератора и охлаждаемый посредством циркулирующей в нем воды. Соосно пуансону 3, отверстию матрицы 7 и индуктору 8 расположено приемное отверстие формы 9. Над пуансоном 3 находится ползун 4 процесса.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Начальный тепловой импульс, задаваемый устройством поджига 5, от спирали передается предварительно прессованной заготовке, инициируя волну СВС. После ее прохождения синтезированный материал 6 за время выдержки остывает от температуры синтеза Т_свс до температуры экструзии Т_э. Одновременно композиция из жидкотекучего состояния переходит в состояние высокотемпературной ползучести. В этот момент ползун 4 пресса через пуансон 3 давит на продукт реакции, в результате чего последний вытесняется через отверстие матрицы 7 в виде стержня 10 со скоростью V_с, задаваемой скоростью ползуна 4. При включенном питании и охлаждении индуктора 8 стержень 10 достигает его входного отверстия, находясь при температуре Т Т_э и движется в магнитном поле, накапливая внутреннюю энергию в таком темпе, что на магнитном поле, накапливая внутреннюю энергию в таком темпе, что на выходе из индуктора 8 материал находится уже в текучем состоянии при температуре Т_ф и заполняет форму 9. После упора пуансона 3 в матрицу 7 экструзия окончена, однако нагрев стержня продолжается, несмотря на то, что он находится в статичном положении. Индуктор 8 выключают после того, как расплавлен весь материал, находящийся в области интенсивного воздействия магнитного поля.

Во фронте волны СВС температуры достигают величины Т_свс 27000^оС, что достаточно для частичного расплавления. Однако во избежание расслоения композиции синтезированный материал необходимо экструдировать при значительно меньшей температуре. При заполнении литейной формы необходим подвод тепла к экструдируемому стержню извне для перевода материала в жидкотекучее состояние. Теплопотери минимальны, если нагрев стержня осуществляется одновременно с экструзией.

При Т_ф 0,9 Т_л композиционный материал не переходит полностью в жидкотекучее состояние, и получить из него качественное литое изделие невозможно. Для получения изделий сложной формы, особенно в случаях малого содержания металла-связки в композиции, требуется перегрев материала вплоть до температуры 1,2 Т_л. Нагрев до Т_ф 1,2 Т_л нецелесообразен, так как не может улучшить качество изделия и по энергетическим соображениям.

Выбор мощности произвольного источника тепла осуществляют с применением соотношения между количеством тепла, необходимого для достижения температуры формования Т_ф с учетом теплопотерь, а также параметров экструзии и свойствами синтезированного материала. Аналогичным образом определена взаимосвязь скорости экструзии с параметрами обработки в случае разогрева круглого стержня в магнитном поле.

Перегрев расплава выше Т_л в ряде случаев позволяет отказаться от подвода тепла к литейной форме. Тогда к ее материалу предъявляются требования, лимитируемые главным образом условиями кристаллизации. Технически перегрев осуществим и без непосредственного контакта нагревателя и материала, например, с использованием оптического квантового генератора или в магнитном поле. Тогда плавильная камера в обычном понимании вообще не нужна. Соотношение объема и поверхности длинного и тонкого стержня таково, что позволяет быстро расплавить материал и свести к минимуму окислительные процессы.

Реализация способа при разогреве в магнитном поле позволяет при необходимости осуществить случай подогреваемой формы при заранее заданных электрических и магнитных свойствах ее материала за счет элементарной операции - приближения и удаления ее относительно выходного участка индуктора. Этим удается регулировать температурный режим заполнения формы и условия кристаллизации, добиваясь требуемой структуры материала. (56) Авторское свидетельство СССР N 1144267, кл. В 22 F 3/20, 1983.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий приготовление реакционной шихты, прессование, инициирование реакции горения, экструзию, нагрев и формование изделий, отличающийся тем, что, с целью получения изделий сложной формы из литого материала, нагрев перед формованием проводят одновременно с экструзией в температурном интервале, определяемом по формуле 0,9 T_л < T_ф < 1,2 T_л, где T_ф - температура формования материала, ^oС, T_л - температура ликвидуса, ^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев выдавливаемого материала осуществляют при мощности источника теплового воздействия, выбираемой из соотношения: N(t )v_с(t )S_сTC, где N(t) - мощность источника теплового воздействия, Вт; - КПД источника теплового воздействия; v_с(t) - скорость движения экструдируемого материала в области нагрева, м/с; C - среднее значение теплоемкости материала для интервала температур, Дж/кг. К; - плотность материала, кг/м³; S_с - площадь поперечного сечения экструдируемого стержня, м²; T - разность температуры формования и температуры экструдируемого материала, К.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что выдавливаемый материал пропускают через соленоид со скоростью, определяемой из соотношения
v_с(t) ,
где B₀(t) - индукция магнитного поля, Тл;
- проводимость материала, См;
₀ - магнитная постоянная, Гн/м;
- толщина скин-слоя, м;
d_с - диаметр экструдированного стержня, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1