Технология получения твердосплавных пластин из порошка

Страница 3

зависит от координаты у.

Скорость относительной линейной усадки композиции зависит в значительной степени от характера укладки волокна. На рис. 70 показаны расчетные зависимости линейной относительной усадки от приведенного времени т = МР'Ч для материалов с раз- ' ной исходной геометрией (М — коэффициент, зависящий от структуры и температуры; п — параметр, входящий в уравнение | нелинейного вязкого течения; Р—давление прессования). |

Очевидно, что необходимая концентрация армирующих воло- | кон в материале может быть получена путем регулирования как | расстояния между волокнами в слое (параметр Иг), так и рассто- | яния между слоями (параметр h^/r). С точки зрения обеспече- ! ния равномерной плотности по объему в композициях с порошковой матрицей, как показали расчеты, целесообразнее выбирать ;

как можно меньший шаг укладки Иг внутри слоя, увеличив соот-ветственно расстояние между слоями в направлении прессования. ,

Для каждой исходной геометрии композиции существует мак- | симально допустимая пористость 9тах/исх, которая может обеспе- | чить получение беспористого композиционного материала в ре- j зультате горячего прессования. Материал с исходной пористостью | 9исх > 9тах/исх всегда будет иметь конечную остаточную порис- | тость (рис. 71). i|

Методом горячего прессования получали твердосплавный материал ВК6 (94% WC, 6% Со), армированный волокнами вольфрама [69]. Температура прессования составляла 1400—1500° С, давление прессования 100—160 кг/см2, время прессования 3— 5 мин. В этих условиях в процессе прессования образуется жидкая фаза [Со + (WC)], которая взаимодействует с вольфрамовым волокном, образуя на его поверхности хрупкую фазу. Для предотвращения взаимодействия на волокно наносили слой карбида циркония толщиной 3—4 мкм методом осаждения из парогазовой фазы. Армирование вольфрамовыми волокнами сплава ВК6 позволило повысить ударную вязкость при комнатной и повышенной температурах в 1,5—2,0 раза.

Квернес и Кофштад получали методом прессования и спекания композиционный материал на основе никеля, армированный дискретными вольфрамовыми волокнами по следующему режиму:

порошок карбонильного никеля и отрезки вольфрамовой проволоки диаметром 0,3 мм перемешивали помещали в контейнер и прессовали при давлении 30 т/см2; затем полученную заготовку спекали в атмосфере водорода при температуре 1100° С в течение 1 ч, после чего подвергали горячей ковке при температуре 1100° С. Полученный таким образом материал имел плотность, составляющую 98—99% от теоретической.

Свинделс и Ларе [2081 использовали метод порошковой металлургии для получения композиционного материала на основе алюминиевого сплава, армированного одновременно двумя упроч-нителями — волокном типа борсик и нитевидными кристаллами карбида кремния. Введение нитевидных кристаллов, ориентированных в направлении, перпендикулярном к направлению волокон, позволило значительно повысить трансверсальную прочность и модуль упругости материала.

Поскольку двойное упрочнение, тем более с использованием щ нитевидных кристаллов, представляет интерес, опишем техно- 'Щ~ логический процесс изготовления такого материала. 1|

В качестве исходных материалов использовали порошок алю- || миниевого сплава 6061 с размером частиц не более 400 меш, волокна борсик диаметром 145 мкм с прочностью 280 кгс/мм2 и модулем упругости 40,5-Ю3 кгс/мм2 и нитевидные кристаллы р — — SiC диаметром от 1 до 3 мкм и отношением длины к диаметру более 1000 : 1; прочность кристаллов составляла 840— 1050 кгс/мм2, модуль упругости (42—49)108 кгс/мм2.

Вначале изготовляли монослойную ленту из волокон путем намотки их на барабан намоточного устройства. Плотность укладки волокон — 6 ниток на 1 мм. Для фиксирования волокон напыляли сверху слой полистирола. Затем лист разрезали, снимали с барабана и нарезали заготовки требуемых размеров.

Отдельно изготовляли ленты, содержащие ориентированные нитевидные кристаллы. Для этого смесь порошка алюминиевого сплава, нитевидных кристаллов перемешивали с пластификатором и подвергали экструзии. В результате экструзии получали ленточные заготовки размерами 3,2х1,6х76,2 мм. В пресс-форму из коррозионно-стойкой стали размером 76х76 мм укладывали последовательно^ слои волокон и слои, содержащие нитевидные кристаллы и алюминиевый порошок, во взаимно перпендикулярных направлениях. После сборки пресс-форму вместе с уложенным таким образом пакетом вакуумировали и нагревали до температуры 60° С для удаления пластификатора. Горячее прессование осуществляли на вакуумном прессе. Температура медленно поднималась до 250° С для удаления полистирола (процесс деполимеризации полистирола начинается при 250° С и заканчивается при 500° С), затем повышалась до 615° С; при этой температуре и давлении 2 т/см2 пакет выдерживали в течение 15 мин и охлаждали в вакууме до комнатной температуры. Полученную заготовку извлекали из пресс-формы и подвергали термической обработке.

Свойства полученного по такой технологии материала в перпендикулярном направлению волокон направлении по сравнению со свойствами матричного сплава 6061, полученного по такому же режиму, в зависимости от содержания волокон и нитевидных

кристаллов приведены в табл. 32.

Очевидно, что введение волокон борсик позволяет повысить ! прочность сплава с 26 до 80 кгс/мм2, т. е. более чем в 3 раза, а модуль упругости в 2,5 раза. Однако трансверсальная прочность такого материала, как было показано ранее Прево и Крейдером [194 ], остается на довольно низком уровне и составляет ~24 кгс/мм2. Введение 10% нитевидных кристаллов позволяет повысить ее до 31—32 кгс/мм2; введение 15% ориентированных;

кристаллов карбида кремния позволяет увеличить прочность алюминиевого сплава при отсутствии волокон борсик до 62 кгс/мм2. Однако достижение таких высоких значений трансверсальной про-

ПРОЧНОСТЬ В ПОПЕРЕЧНОМ НАПРАВЛЕНИИ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА, УПРОЧНЕННОГО ВОЛОКНАМИ БОРСИК И НИТЕВИДНЫМИ КРИСТАЛЛАМИ КАРБИДА КРЕМНИЯ

Содер?	жанне			Содер	жание
упрочните	ля, об. %			упрочнит	еля, об. %
							Модуль
		Предел	Модуль			Предел	упруго
' Борсик	Нитевидные кристаллы	прочности, кгс/мм2^	упругости, 10' кгс/мм2	Борсик	Нитевидные кристаллы	прочности, кгс/мм2	сти, ю» кгс/мм2
.	p=sic				p==sic
0	0	26,0	6,35	33,4	10,0	31,5	.15,0
0	15	62,0	11,2	40,6	. 11,9	35,0	13,8
33,4	10,0	32,0	10,8	35,4	10,0	80,0*	17,0
32,9	10,1	31,6	16,0