Влияние различных систем связующего на получение точных заготовок из сплава ВНЖ-95 инжекционным литьем порошков (MIM-технология)

Язык труда и переводы:
УДК:
621.763
Дата публикации:
29 мая 2022, 21:11
Категория:
Литейное и сварочное производство
Авторы
Муранов Александр Николаевич
Институт конструкторско-технологической информатики РАН
Семенов Алексей Борисович
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Аннотация:
Рассмотрены новые способы и технологии литья и современные процессы порошковой металлургии. Проведено исследование процессов изготовления заготовок деталей из тяжелого псевдосплава системы вольфрам–никель–железо, а также показано влияние системы полимерного связующего на особенности процесса формования заготовок. Отмечен факт возможного обеднения материала спеченных деталей относительно шихтового материала по содержанию никеля. Представлены рекомендации по формованию и гипотезы по механизмам выравнивания химического состава псевдосплавов системы вольфрам–никель–железо.
Ключевые слова:
специальные способы литья, инжекционное порошковое формование, сплавы вольфрам–никель–железо, MIM-технология
Основной текст труда

Введение

Производство малогабаритных изделий из тугоплавких соединений, является актуальной задачей современного машиностроения. К данной группе сплавов относят сплавы на основе вольфрама [1–3]. Низкие температуры формообразования (150–200 °С), и последующее спекание, позволяют значительно снизить энергозатраты при производстве изделий данной группы, а минимально необходимая финишная механическая обработка, позволяет значительно снизить производственные издержки в материале по сравнению с традиционными технологиями [4–6]. Данная работа посвящена исследованию полимерных связующих и их влиянию на химический состав материала спеченных изделий относительно состава подготовленной шихты порошков.

Методы и результаты исследования

Для опытно-технологической отработки производства первых образцов была подготовлена шихтовая смесь, состоящая из тонкой фракции порошков вольфрама, никеля и железа. С использованием подготовленной шихты впоследствии была изготовлена порошково-полимерная смесь — «фидсток», необходимая для литьевого формования порошково-полимерных заготовок деталей, называемых «зеленые детали» [7–9]. Изготовленный фидсток по составу был предназначен для каталитическогоспособа удаления полимерногосвязующего в парах азотной кислоты для получения пористого порошкового полуфабриката спекаемой детали.

Образцы отформовывались с использованием лабораторной плунжерной литьевой машины, не имеющей перемешивающего шнека и осуществляющей прямой впрыск формуемой смеси из материального цилиндра в полость формообразующей оснастки. Полученные значения плотности, шероховатости поверхности и другие механические характеристики изготовленных образцов удовлетворяли требованиям, предъявляемым к изделию.

Следует еще раз отметить, что первичная опытно-технологическая работа с фидстоком для каталитического типа удаления связующего проводилась именно на плунжерных машинах лабораторного типа. Однако, в связи с высокой серийностью изделий и высокими требованиями к финишной детали, для литья образцов было решено использовать шнековую литьевую машину, создающую высокие сдвиговые деформации, способствующие снижению вязкости и гомогенизации формуемой порошково-полимерной смеси (данные условия существенно отличаются от условий формования на лабораторной плунжерной машине для литья) [7, 8]. При формовании зеленых деталей было выявлено обеднение формуемого состава по содержанию никеля вследствие возникновения химической реакции с продуктами в виде летучих соединений. По-видимому, данный эффект был связан с интенсивным трением частиц порошка в достаточно вязкой среде полимерного связующего каталитического типа, что приводило к многократному истиранию и повторному возникновению плакирующих оксидных слоев на порошке никеля, находящемся в свободном состоянии, то есть не в виде твердого раствора с железом. В результате опытно-технологического формования образцов на шнековой литьевой машине был получен отрицательный результат — содержание никеля резко упало.

Для достижения поставленных целей было решено перейти на воск-полиолефиновое связующее [10, 11], разработанное коллективом сотрудников лаборатории «Новые способы и технологии литья» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Данный тип связующего полностью состоит из отечественных компонентов, предназначенных для растворного способа удаления полимерной матрицы из зеленой детали, но важнейшей особенность связующего является существенно меньшая вязкость и температура переработки по сравнению со связующим для каталитического способа удаления. Ранее это связующее на сплавах данного типа опробовано не было [1, 11]. Первые результаты доказали возможность изготовления фидстоков на разработанной смеси полимерных компонентов, а также возможность формования зеленых деталей из названного фидстока не только на плунжерных литьевых машинах лабораторного типа, но и на шнековых литьевых машинах, что необходимо для серийного производства крупных партий изделий из тяжелых сплавов на основе вольфрама.

Выводы

Проведенные исследования показали возможность изготовления и использования фидстоков с высоким наполнением шихтой на основе вольфрама, определены режимы формования сложно профильных изделий и подобраны режимы спекания при сохранении химического состава подготовленной шихты.

Литература
  1. Kostin D.V., Parkhomenko A.V., Amosov A.P. et al. Development of feedstock of tungsten-nickel-iron- polyformaldehyde for MIM technology. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2016, vol. 156 (1), art. no. 012033. https://doi.org/10.1088/1757-899X/156/1/012033
  2. Костин Д.В., Самборук А.Р., Кузнец Е.А., Жуков С.Ю. Исследование микроструктуры исходной шихты и свойств гранулята тяжелого сплава ВНЖ-90(7-3). Высокие технологии в машиностроении: матер. Всерос. науч.-технич. интернет-конф. Самара, СГТУ, 2015, с. 161–163.
  3. Агеев Е.В., Хорьякова Н.М. Псевдосплавы ВНЖ: получение, применение, переработка. Курск, Университетская книга, 2020, 176 с.
  4. Чувильдеев В.Н., Москвичева А.В., Нохрин А.В. и др. Сверхпрочные нанодисперсные вольфрамовые псевдосплавы, полученные методами высокоэнергетической механоактивации и электроимпульсного плазменного спекания. Доклады Академии наук, 2011, т. 436, № 4, с. 478–482.
  5. Фадеев А.А., Самохин А.В., Алексеев Н.В., Цветков Ю.В. Получение композитных нанопорошков w–Ni–Fe в термической плазме дугового разряда. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2013, № 2–2, с. 66–71.
  6. Chuvil'deev V.N., Nokhrin A.V., Boldin M.S. et al. Influence of high-energy ball milling on the solid-phase sintering kinetics of ultrafine-grained heavy tungsten alloy. Doklady Physics, 2017, vol. 62, no. 9, pp. 420–424. https://doi.org/10.1134/S1028335817090075
  7. Семенов А.Б., Муранов А.Н., Семенов Б.И. Литейные технологии нового поколения, их освоение и развитие в России. Ч. 2-1. Физическая природа и особенности моделей материалов с тиксотропными свойствами. Технология металлов, 2016, № 8, c. 8–17.
  8. Semenov A.B., Kutsbakh A.A., Muranov A.N., Semeno B.I. Metallurgy of thixotropic materials: The experience of organizing the processing of structural materials in engineering Thixo and MIM methods. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Moscow, 2019, pp. 012056. https://doi.org/10.1088/1757-899X/683/1/012056
  9. Семенов А.Б., Муранов А.Н., Семенов Б.И. THIXO- и PIM технологии в современном двигателестроении. Грузовик, 2017, № 10, c. 3–6.
  10. Семенов А.Б., Муранов А.Н., Куцбах А.А. и др. Разработка связующей системы для литья под давлением деталей из порошка титана: зарубежный и отечественный опыт. Часть 1. Технология металлов, 2020, № 5, c. 28–37. https://doi.org/10.31044/1684-2499-2020-0-5-28-37
  11. Семенов А.Б., Муранов А.Н., Куцбах А.А. и др. Разработка связующей системы для литья под давлением деталей из порошка титана: зарубежный и отечественный опыт. Часть 2. Технология металлов, 2020, № 7, с. 7–17. https://doi.org/10.31044/1684-2499-2020-0-7-7-17
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.