RU2623942C1 - Method of manufacturing disperse-hardened composite electrode material for electric alloying and electric arc surfacing - Google Patents
Method of manufacturing disperse-hardened composite electrode material for electric alloying and electric arc surfacing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2623942C1 RU2623942C1 RU2016121832A RU2016121832A RU2623942C1 RU 2623942 C1 RU2623942 C1 RU 2623942C1 RU 2016121832 A RU2016121832 A RU 2016121832A RU 2016121832 A RU2016121832 A RU 2016121832A RU 2623942 C1 RU2623942 C1 RU 2623942C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric
- electrode material
- alloying
- mpa
- pressure
- Prior art date
Links
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 238000005275 alloying Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 7
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 13
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 10
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 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 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001037 White iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
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
- B22F3/20—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding
-
- 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
- B22F3/23—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces involving a self-propagating high-temperature synthesis or reaction sintering step
-
- 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
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению дисперсно-упрочненного композиционного материала методом, сочетающим горение в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и последующее высокотемпературное пластическое деформирование (СВС-экструзия) продуктов синтеза, и может быть использовано для получения электродов для электроискрового легирования (ЭИЛ) и электродуговой наплавки (ЭДН) при нанесении износостойких покрытий в металлургической, деревообрабатывающей промышленности, машиностроении и двигателестроении.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to the preparation of a dispersion-hardened composite material by a method that combines combustion in the mode of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) and subsequent high-temperature plastic deformation (SHS-extrusion) of synthesis products, and can be used to obtain electrodes for electrospark alloying (ESA) and electric arc surfacing (EDN) when applying wear-resistant coatings in the metallurgical, woodworking industry STI, mechanical engineering and engine building.
Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик изделий, повышение производительности процесса их изготовления.The aim of the invention is to improve the operational characteristics of products, increasing the productivity of the manufacturing process.
Известен электрод для электроискрового легирования (RU 74844 U1, В23Н 7/00, 20.07.2008 г.), выполненный из сплава, содержащего никель и бор, углерод и диборид титана. Исходные компоненты тщательно перемешивают и помещают в неэлектропроводящую форму, выполненную, например, из кварцевого стекла. Форму помещают в рабочую камеру машины конденсаторной сварки, где проводят одновременное прессование и спекание шихты при температурах 1100-1350°С, при давлении 0,15-0,20 ГПа, в течение 3-5 сек. После этого на электрод дополнительно наносится электрокорундовая обмазка толщиной 0,5-1,0 мм и происходит сушка в печи при температуре 1025°С в течение 1-1,2 часа.Known electrode for spark alloying (RU 74844 U1, B23H 7/00, 07/20/2008), made of an alloy containing nickel and boron, carbon and titanium diboride. The starting components are thoroughly mixed and placed in a non-conductive form made, for example, of quartz glass. The form is placed in the working chamber of a capacitor welding machine, where the mixture is simultaneously pressed and sintered at temperatures of 1100-1350 ° C, at a pressure of 0.15-0.20 GPa, for 3-5 seconds. After that, an electrocorundum coating is additionally applied to the electrode with a thickness of 0.5-1.0 mm and drying occurs in an oven at a temperature of 1025 ° C for 1-1.2 hours.
Недостатками данного технического решения являются сложность оборудования и многостадийность получения электродов, большие энергетические затраты при их производстве, связанные с необходимостью длительной сушки при высоких температурах. Электроды выполнены полыми и должны дополнительно обдуваться охладителем, что также усложняет процесс электроискрового легирования.The disadvantages of this technical solution are the complexity of the equipment and the multi-stage production of electrodes, high energy costs in their production, associated with the need for long-term drying at high temperatures. The electrodes are hollow and must be additionally blown with a cooler, which also complicates the process of spark doping.
Известен способ получения электродного материала на основе белого чугуна (RU 2181646, В23Н 9/00, С22С 37/10, 27.04.2002 г.). Способ заключается в перемешивании исходных компонентов углерода (4-4,5%), марганца (0,5-0,6%), кремния (0,8-0,9%), железа - остальное, выплавке в печи Таммана, нагревании электродного материала до температуры 1550°С, после выдержки в течение 5 мин проводили науглероживание расплава электродным графитом в количестве, соответствующем оптимальному содержанию углерода, согласно изобретению, и запредельным значениям. После растворения графита и выдержки электроды отбирали, создавая разряжение 0,5-1,5 мм рт.ст. в кварцевые трубки диаметром 2,5 мм.A known method of producing electrode material based on white cast iron (RU 2181646, V23H 9/00, C22C 37/10, 04/27/2002). The method consists in mixing the initial components of carbon (4-4.5%), manganese (0.5-0.6%), silicon (0.8-0.9%), iron - the rest, smelting in a Tamman furnace, heating electrode material to a temperature of 1550 ° C, after exposure for 5 min, the melt was carbonized with electrode graphite in an amount corresponding to the optimal carbon content, according to the invention, and transcendental values. After dissolving graphite and holding the electrodes were selected, creating a vacuum of 0.5-1.5 mm RT.article. into quartz tubes with a diameter of 2.5 mm.
Недостатками данного технического решения являются многостадийность и технологическая сложность изготовления электродов, и сравнительно низкие показатели физико-механических свойств по сравнению с материалами, полученными по технологии СВС-компактирования (А.П. Амосов, И.П. Боровинская, А.Г. Мержанов. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов: Учеб. пособ. / Под научной редакцией В.Н. Анциферова. - Машиностроение-1, 2007 г. - 567 с.).The disadvantages of this technical solution are the multi-stage and technological complexity of the manufacture of electrodes, and the relatively low indicators of physical and mechanical properties compared to materials obtained by the SHS-compacting technology (A.P. Amosov, I.P. Borovinskaya, A.G. Merzhanov. Powder technology of self-propagating high-temperature synthesis of materials: Textbook / edited by V.N. Antsiferov, scientific research - Engineering-1, 2007 - 567 p.).
Известны традиционные способы получения компактных материалов марки СТИМ (синтетические твердые инструментальные материалы) методом СВС-прессования (RU 2367541 C1, B22F 3/23, С22С 1/04, 20.09.2009 г.; RU 2060866 С1, B22F 3/23, B22F 3/14, 27.05.1996 г.). Эти способы получения изделий из порошковых материалов включают приготовление экзотермической смеси порошка, прессование смеси в брикет, размещение его в теплоизолирующей пористой оболочке и в матрице, инициирование реакции горения и горячее прессование продуктов синтеза. В качестве исходных порошковых реагентов применяется титан, сажа, бор, никель и другие.Known are traditional methods for producing STIM compact materials (synthetic solid instrumental materials) by SHS pressing (RU 2367541 C1,
Известен способ и установка для получения компактных керамических изделий при высоких давлениях газа в режиме горения (RU 2044604 C1, B22F 3/14, 27.09.1995 г.). Изобретение относится к области получения и обработки тугоплавких неорганических материалов в режиме горения компонентов реакционной шихты в реагирующей газовой атмосфере при высоком давлении газа и используется для изготовления изделий из керамических материалов методом сочетания СВС и последующего компактирования. В качестве исходных порошковых реагентов используются тугоплавкие неорганические соединения.A known method and installation for producing compact ceramic products at high gas pressures in the combustion mode (RU 2044604 C1,
Недостатками данных технических решений являются сложность используемого оборудования, отсутствие возможности получения длинномерных цилиндрических изделий диаметрами 1-10 мм, которые используются в качестве электродов для ЭИЛ и ЭДН. Также к недостаткам относится то, что полученные материалы обладают более крупными размерами армирующих компонентов по сравнению с предлагаемым способом СВС-экструзии (Shishkina T.N., Stolin A.M., Podlesov V.V. The influence of SHS production methods used on the material structure formation International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 1995. Vol. 4. №1. pp. 35).The disadvantages of these technical solutions are the complexity of the equipment used, the lack of the ability to obtain long cylindrical products with diameters of 1-10 mm, which are used as electrodes for ESA and EDN. The disadvantages include the fact that the obtained materials have larger sizes of reinforcing components compared to the proposed method of SHS extrusion (Shishkina TN, Stolin AM, Podlesov VV The influence of SHS production methods used on the material structure formation International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis. 1995. Vol. 4. No. 1. pp. 35).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ изготовления длинномерных изделий из порошковых материалов путем экструзии синтезированных материалов через формующую матрицу (RU 2013186 С1, B22F 3/20, С22С 1/04, 30.05.1994 г.). Сущность прототипа заключается в изготовлении длинномерных изделий из порошковых материалов путем приготовления экзотермической смеси порошков по меньшей мере одного металла и одного неметалла из ряда углерод, бор, кремний, инициирования реакции горения, уплотнения в процессе горения продуктов горения давлением 0,01-0,5 МПа и последующей экструзией продуктов горения при давлении 20-100 МПа. Недостатком данного технического решения является узкий интервал времени, при котором существует возможность высокотемпературного пластического деформирования продуктов горения и последующего их экструдирования. При превышении данного интервала прекращается экструзия и происходит закупорка матрицы, что приводит к потере ее работоспособности. Это существенным образом сказывается на длине выдавленной части и, как следствие, на производительности и себестоимости процесса изготовления. Также к недостаткам относится пониженная микротвердость полученных электродов по сравнению с предлагаемым изобретением (табл. 1).Closest to the technical nature of the claimed invention is a method of manufacturing long products from powder materials by extrusion of synthesized materials through a forming matrix (RU 2013186 C1,
Техническим результатом предлагаемого способа является улучшение эксплуатационных характеристик изделий, повышение производительности процесса изготовления.The technical result of the proposed method is to improve the operational characteristics of products, increasing the productivity of the manufacturing process.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления дисперсно-упрочненного композиционного электродного материала для электроискрового легирования и электродуговой наплавки включает приготовление экзотермической смеси исходных компонентов титана, сажи, кобальта, вольфрама, формование цилиндрической заготовки с относительной плотностью 0,5-0,6 и ее теплоизоляцию, инициирование реакции горения, уплотнение в процессе горения продуктов синтеза давлением 0,01-0,5 МПа и последующую их экструзию при давлении 20-100 МПа, причем исходные порошки берут в соотношении масс. %: Ti - 56, С - 14, Со - 23-29, W - 1-7, и экструзию проводят через формующую матрицу диаметром 1-7 мм.The technical result is achieved by the fact that the method of manufacturing a dispersion-hardened composite electrode material for spark alloying and electric arc welding includes preparing an exothermic mixture of the starting components of titanium, carbon black, cobalt, tungsten, forming a cylindrical billet with a relative density of 0.5-0.6 and its thermal insulation , initiation of the combustion reaction, compaction during the combustion of the synthesis products with a pressure of 0.01-0.5 MPa and their subsequent extrusion at a pressure of 20-100 MPa, e powders are taken in a mass ratio. %: Ti - 56, C - 14, Co - 23-29, W - 1-7, and the extrusion is carried out through a forming matrix with a diameter of 1-7 mm.
Сущность предложенного способа заключается в следующем. Смешивают исходные порошки титана, сажи, кобальта, вольфрама, которые берут в соотношении масс. %: Ti - 56, С - 14, Со - 23-29, W - 1-7. Полученную смесь порошков формуют в заготовку диаметром 25 мм, высотой 32±2 мм и относительной плотностью 0,5-0,6, заготовку теплоизолируют асбестовой тканью, помещают в пресс-форму, инициируют вольфрамовой спиралью реакцию горения в режиме СВС, в процессе горения продукты уплотняются давлением 0,01-0,5 МПа, после времени задержки происходит экструзия продуктов синтеза при давлении 20-100 МПа, при этом экструзию проводят через формующую матрицу диаметром 1-7 мм. В результате получаются длинномерные стержни длиной до 400 мм и диаметром 1-3 мм, которые в дальнейшем разрезают на прутки длиной 40-45 мм в случае получения электродов для ЭИЛ; диаметром 5-7 мм для получения электродов для ЭДН, при этом стержни не разрезают.The essence of the proposed method is as follows. The initial powders of titanium, carbon black, cobalt, tungsten are mixed, which are taken in the mass ratio. %: Ti - 56, C - 14, Co - 23-29, W - 1-7. The resulting mixture of powders is molded into a workpiece with a diameter of 25 mm, a height of 32 ± 2 mm and a relative density of 0.5-0.6, the workpiece is thermally insulated with an asbestos cloth, placed in a mold, a combustion reaction is initiated with a tungsten spiral in the SHS mode, during the combustion process compacted with a pressure of 0.01-0.5 MPa, after a delay time, the synthesis products are extruded at a pressure of 20-100 MPa, while the extrusion is carried out through a forming matrix with a diameter of 1-7 mm. The result is long rods with a length of up to 400 mm and a diameter of 1-3 mm, which are subsequently cut into rods with a length of 40-45 mm in the case of obtaining electrodes for ESA; with a diameter of 5-7 mm to obtain electrodes for EDN, while the rods are not cut.
Синтез указанных составов исходной смеси происходит в две параллельные стадии: титан взаимодействует с углеродом (тепловой эффект реакции 55,3±0,3 ккал/моль) с образованием карбида титана, вольфрам взаимодействует с углеродом (тепловой эффект реакции 11±4 ккал/моль) с образованием дикарбида вольфрама. Наличие реакции вольфрама с углеродом вносит дополнительный температурный вклад в термодинамику процесса по сравнению с прототипом, что повышает температуру горения выбранной системы и увеличивает временной интервал, при котором синтезированный материал способен к высокотемпературному деформированию и экструдированию, как следствие, длина полученных стержней увеличивается на 20-30%.The synthesis of these compositions of the initial mixture occurs in two parallel stages: titanium interacts with carbon (thermal effect of the reaction 55.3 ± 0.3 kcal / mol) with the formation of titanium carbide, tungsten interacts with carbon (thermal effect of the reaction 11 ± 4 kcal / mol) with the formation of tungsten dicarbide. The presence of the reaction of tungsten with carbon makes an additional temperature contribution to the thermodynamics of the process compared to the prototype, which increases the combustion temperature of the selected system and increases the time interval at which the synthesized material is capable of high-temperature deformation and extrusion, as a result, the length of the obtained rods increases by 20-30 %
Для электродов, полученных согласно данному изобретению, характерна композиционная структура: твердосплавные частицы карбида титана TiC, близкие по форме к сферическим, расположены в металлической матрице кобальта (см. чертеж). Характерные размеры зерен в произвольном направлении (в продольных и поперечных шлифах) примерно одинаковы, что дополнительно указывает на сфероподобность зерен карбида титана. Размеры TiC составляют от 1 до 10 мкм. Локально по объему расположены частицы W2C сферической формы размерами 1-3 мкм, которые дисперсно-упрочняют полученный композиционный материал. Особенностью предлагаемого способа является внедрение вольфрама в кристаллическую решетку карбидных частиц титана при экструзии с образованием TiC-W. На микроструктуре это выражено более светлой областью вокруг зерен TiC, что подтверждается результатами рентгеноспектрального анализа в данных точках (см. чертеж, спектр 2). Полученные электродные материалы по предлагаемому способу отличаются от прототипа повышенной микротвердостью на 20-40% за счет наличия дисперсно-упрочняемых частиц (W2C), а также частиц TiC-W. Состав и характеристики СВС-электродов приведены в таблице.The electrodes obtained according to this invention are characterized by a composite structure: carbide particles of titanium carbide TiC, close in shape to spherical, are located in a cobalt metal matrix (see drawing). The characteristic grain sizes in an arbitrary direction (in longitudinal and transverse sections) are approximately the same, which additionally indicates the sphere-like nature of titanium carbide grains. The sizes of TiC are from 1 to 10 microns. Locally by volume, W 2 C particles of spherical shape are located with a size of 1-3 μm, which dispersively harden the resulting composite material. A feature of the proposed method is the introduction of tungsten into the crystal lattice of titanium carbide particles during extrusion with the formation of TiC-W. On the microstructure, this is expressed by the lighter region around the TiC grains, which is confirmed by the results of x-ray spectral analysis at these points (see drawing, spectrum 2). The obtained electrode materials according to the proposed method differ from the prototype by increased microhardness by 20-40% due to the presence of dispersion-hardened particles (W 2 C), as well as TiC-W particles. The composition and characteristics of the SHS electrodes are given in the table.
Сущность предлагаемого изобретения подтверждается следующими примерами.The essence of the invention is confirmed by the following examples.
Пример 1. Приготавливают экзотермическую смесь исходных компонент титана, сажи, кобальта, вольфрама в соотношении масс. %: Ti - 56, С - 14, Со - 29, W - 1, формуют цилиндрическую заготовку с относительной плотностью 0,6 и ее теплоизолируют, инициируют реакцию горения, уплотняют в процессе горения продукты давлением 0,5 МПа и экструдируют продукты синтеза при давлении 100 МПа через формующую матрицу диаметром 1 мм. В результате получен стержень длиной 220 мм, с микротвердостью 1200 кг/мм2. Для прототипа при тех же условиях получен стержень длиной 185 мм и микротвердостью 900 кг/мм2.Example 1. Prepare an exothermic mixture of the starting components of titanium, carbon black, cobalt, tungsten in a mass ratio. %: Ti - 56, C - 14, Co - 29, W - 1, they form a cylindrical billet with a relative density of 0.6 and heat insulate it, initiate the combustion reaction, compress the products with a pressure of 0.5 MPa during the combustion process and extrude the synthesis products at pressure of 100 MPa through the forming matrix with a diameter of 1 mm. The result is a rod with a length of 220 mm, with a microhardness of 1200 kg / mm 2 . For the prototype, under the same conditions, a rod with a length of 185 mm and a microhardness of 900 kg / mm 2 was obtained.
Пример 2. Приготавливают экзотермическую смесь исходных компонент титана, сажи, кобальта, вольфрама в соотношении масс. %: Ti - 56, С - 14, Со - 25, W - 5, формуют цилиндрическую заготовку с относительной плотностью 0,5 и ее теплоизолируют, инициируют реакцию горения, уплотняют в процессе горения продукты давлением 0,01 МПа и экструдируют продукты синтеза при давлении 20 МПа через формующую матрицу 3 мм. В результате получен стержень длиной 210 мм с микротвердостью 1180 кг/мм2. Для прототипа при тех же условиях получен стержень длиной 155 мм и микротвердостью 880 кг/мм2.Example 2. Prepare an exothermic mixture of the starting components of titanium, carbon black, cobalt, tungsten in a mass ratio. %: Ti - 56, C - 14, Co - 25, W - 5, they form a cylindrical billet with a relative density of 0.5 and heat insulate it, initiate the combustion reaction, compact the products with a pressure of 0.01 MPa during combustion and extrude the synthesis products at pressure of 20 MPa through a forming matrix of 3 mm. As a result, a rod 210 mm long with a microhardness of 1180 kg / mm 2 was obtained. For the prototype under the same conditions, a rod with a length of 155 mm and a microhardness of 880 kg / mm 2 was obtained.
Пример 3. Приготавливают экзотермическую смесь исходных компонент титана, сажи, кобальта, вольфрама в соотношении масс. %: Ti - 56, С - 14, Со - 23, W – 7, формуют цилиндрическую заготовку с относительной плотностью 0,56 и ее теплоизолируют, инициируют реакцию горения, уплотняют в процессе горения продукты давлением 0,2 МПа и экструдируют продукты синтеза при давлении 60 МПа через формующую матрицу 7 мм. В результате получен стержень длиной 120 мм с микротвердостью 1150 кг/мм2. Для прототипа при тех же условиях получен стержень длиной 95 мм и микротвердостью 860 кг/мм2.Example 3. Prepare an exothermic mixture of the starting components of titanium, carbon black, cobalt, tungsten in a mass ratio. %: Ti - 56, C - 14, Co - 23, W - 7, they form a cylindrical billet with a relative density of 0.56 and heat insulate it, initiate the combustion reaction, compact the products with a pressure of 0.2 MPa during combustion and extrude the synthesis products at pressure of 60 MPa through the forming matrix of 7 mm. As a result, a rod 120 mm long with a microhardness of 1150 kg / mm 2 was obtained. For the prototype, under the same conditions, a rod with a length of 95 mm and a microhardness of 860 kg / mm 2 was obtained.
Таким образом, предлагаемая совокупность признаков изобретения позволяет получать электроды, длина которых на 20-30% больше, чем у прототипа, что повышает производительность и снижает себестоимость их изготовления. Полученные электродные материалы имеют значения микротвердости на 20-40% выше, чем у прототипа. Полученные материалы могут быть использованы в качестве электродов для электроискрового легирования и электродуговой наплавки для нанесения износостойких защитных покрытий в машиностроении и двигателестроении, авиационной, металлургической, деревообрабатывающей промышленности.Thus, the proposed combination of features of the invention allows to obtain electrodes whose length is 20-30% longer than that of the prototype, which increases productivity and reduces the cost of their manufacture. The resulting electrode materials have microhardness values of 20-40% higher than that of the prototype. The resulting materials can be used as electrodes for spark alloying and electric arc surfacing for applying wear-resistant protective coatings in mechanical engineering and engine building, aviation, metallurgy, woodworking industry.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016121832A RU2623942C1 (en) | 2016-06-02 | 2016-06-02 | Method of manufacturing disperse-hardened composite electrode material for electric alloying and electric arc surfacing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016121832A RU2623942C1 (en) | 2016-06-02 | 2016-06-02 | Method of manufacturing disperse-hardened composite electrode material for electric alloying and electric arc surfacing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2623942C1 true RU2623942C1 (en) | 2017-06-29 |
Family
ID=59312674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016121832A RU2623942C1 (en) | 2016-06-02 | 2016-06-02 | Method of manufacturing disperse-hardened composite electrode material for electric alloying and electric arc surfacing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2623942C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2697146C1 (en) * | 2018-10-29 | 2019-08-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Томский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ТНЦ СО РАН) | Method of producing super-hard ceramic powdered material almgb14 |
| RU2737185C1 (en) * | 2020-02-20 | 2020-11-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук | Method of producing composite materials based on ti-b-fe, ain modified nanoparticles |
| RU2750784C1 (en) * | 2020-12-05 | 2021-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Method for obtaining powder composite material |
| RU2779580C1 (en) * | 2021-12-13 | 2022-09-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук | METHOD FOR PRODUCING ELECTRODES FOR ELECTRIC-SPARK ALLOYING BASED ON THE COMPOSITE MATERIAL TiB2-Co2B |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1763503A1 (en) * | 1990-12-19 | 1992-09-23 | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения АН СССР | Charge of electrode material for coating application by electric spark method |
| RU2013186C1 (en) * | 1988-12-13 | 1994-05-30 | Институт структурной макрокинетики РАН | Method and device for making elongated articles from powder materials |
| RU2181646C2 (en) * | 2000-01-28 | 2002-04-27 | Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения РАН | Electrode material for electric spark alloying |
| RU74844U1 (en) * | 2008-02-15 | 2008-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" | ELECTRODE FOR ELECTRIC SPARK ALLOYING |
| RU93712U1 (en) * | 2009-11-12 | 2010-05-10 | Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН | INSTALLATION FOR PRODUCING SOLID-ALLOY ELECTRODES FOR ELECTRIC SPARK ALLOYING |
| EP2835212A2 (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-11 | General Electric Company | Composite electro-spark electrode and methods of its use |
-
2016
- 2016-06-02 RU RU2016121832A patent/RU2623942C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2013186C1 (en) * | 1988-12-13 | 1994-05-30 | Институт структурной макрокинетики РАН | Method and device for making elongated articles from powder materials |
| SU1763503A1 (en) * | 1990-12-19 | 1992-09-23 | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения АН СССР | Charge of electrode material for coating application by electric spark method |
| RU2181646C2 (en) * | 2000-01-28 | 2002-04-27 | Институт материаловедения Хабаровского научного центра Дальневосточного отделения РАН | Electrode material for electric spark alloying |
| RU74844U1 (en) * | 2008-02-15 | 2008-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет-УПИ" | ELECTRODE FOR ELECTRIC SPARK ALLOYING |
| RU93712U1 (en) * | 2009-11-12 | 2010-05-10 | Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН | INSTALLATION FOR PRODUCING SOLID-ALLOY ELECTRODES FOR ELECTRIC SPARK ALLOYING |
| EP2835212A2 (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-11 | General Electric Company | Composite electro-spark electrode and methods of its use |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2697146C1 (en) * | 2018-10-29 | 2019-08-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Томский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук (ТНЦ СО РАН) | Method of producing super-hard ceramic powdered material almgb14 |
| RU2737185C1 (en) * | 2020-02-20 | 2020-11-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук | Method of producing composite materials based on ti-b-fe, ain modified nanoparticles |
| RU2750784C1 (en) * | 2020-12-05 | 2021-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Method for obtaining powder composite material |
| RU2779580C1 (en) * | 2021-12-13 | 2022-09-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук | METHOD FOR PRODUCING ELECTRODES FOR ELECTRIC-SPARK ALLOYING BASED ON THE COMPOSITE MATERIAL TiB2-Co2B |
| RU2792027C1 (en) * | 2022-07-07 | 2023-03-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук | Method for manufacturing electrodes for electrospark alloying and electric arc surfacing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4988480A (en) | Method for making a composite | |
| US5149677A (en) | Exothermic process for the production of molybdenum silicide composites | |
| US20090011266A1 (en) | Intermetallic Composite Formation and Fabrication from Nitride-Metal Reactions | |
| RU2623942C1 (en) | Method of manufacturing disperse-hardened composite electrode material for electric alloying and electric arc surfacing | |
| FR2500439A1 (en) | HIGH DENSITY SINTERED BORON CARBIDE | |
| CN101397613B (en) | A kind of preparation method of molybdenum-silicon-boron alloy | |
| CN104744048B (en) | Preparation method of dense in-situ Si4N3-SiC composites | |
| FR2470756A1 (en) | SIC-SI3N4 COMPOUND SYSTEM FOR SPECIAL CERAMIC HEAT-RESISTANT MATERIALS AND METHOD OF MANUFACTURE | |
| Cai et al. | Porous NbAl3/TiAl3 intermetallic composites with controllable porosity and pore morphology prepared by two-step thermal explosion | |
| CN108251670B (en) | Preparation method of high-temperature-resistant intermetallic compound alloy | |
| RU2479384C1 (en) | METHOD OF PRODUCING Ti-Al-C-BASED MATERIALS | |
| RU2733524C1 (en) | Method of producing ceramic-metal composite materials | |
| JP4295491B2 (en) | Copper-tungsten alloy and method for producing the same | |
| RU2792027C1 (en) | Method for manufacturing electrodes for electrospark alloying and electric arc surfacing | |
| RU2263089C1 (en) | Method of production of a composite material | |
| RU2816713C1 (en) | Method for producing refractory material | |
| RU2737185C1 (en) | Method of producing composite materials based on ti-b-fe, ain modified nanoparticles | |
| CN103938050B (en) | The corrosion of resistance to aluminium high desnity metal stupalith | |
| Chizhikov et al. | Features of molding and structure of composite materials based on TiB/Ti, obtained by free SHS compression method | |
| Adeli et al. | The self-propagating high temperature synthesis of titanium aluminides: a parametric study | |
| RU2607114C1 (en) | Method of producing articles from refractory materials | |
| RU2779580C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING ELECTRODES FOR ELECTRIC-SPARK ALLOYING BASED ON THE COMPOSITE MATERIAL TiB2-Co2B | |
| Chizhikov et al. | Influence of technological parameters on the process of SHS-extrusion of composite material MgAl2O4–TiB2 | |
| RU2769344C1 (en) | Material for arc-quenching and breaking electrical contacts based on copper and method of its production | |
| RU2812539C1 (en) | Method for manufacturing composite ceramics boron carbide - zirconium diboride |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20171227 |