СВС-экструзия

СВС-экструзия

В лаборатории пластического деформирования, разработан технологический процесс СВС-экструзии, сочетающий горение в режиме СВС (самораспространяющийся высокотемпературный синтез) со сдвиговым деформированием. Перспективность использования этого метода обусловлена возможностью за десятки секунд (вместо часов, как в порошковой металлургии) проводить синтез материала из порошков исходных компонентов и формовать изделие заданного размера и формы в одну технологическую стадию. Метод СВС-экструзии является наукоемким и открывает принципиально новый подход в организации технологического процесса получения длинномерных изделий из хрупких и трудно деформируемых порошков тугоплавких неорганических соединений. В результате разработки технологических основ СВС-экструзии была показана принципиальная возможность получения изделий различного назначения: расходуемых электродов для наплавок и ЭИЛ, сверл, валков, высокотемпературных нагревательных стержней, камнеобрабатывающего и другого инструмента. Благодаря сочетанию осевых и радиальных напряжений происходит интенсивное объемное деформирование материла, что позволяет получать изделия с очень низким значение пористости.

Основные технические характеристики процесса СВС-экструзии:

  • Производительность технологии: 4-5 прессовок/час
  • Затраты электроэнергии общие: 6-12 кВт*ч/кг
  • Затраты электроэнергии на синтез 1,7 кВт*ч/кг
  • Экологичность: отсутствие вредных выбросов
  • Общее время процесса 10…30 секунд

Преимущества СВС-экструзии

  • возможность за десятки секунд (вместо часов) получения изделий из порошков тугоплавких соединений;
  • синтез материала и формование изделий заданного размера и формы происходит в одну технологическую стадию;
  • отпадает необходимость в проведении большого числа технологических операций, традиционных для порошковой металлургии: прессование, вакуумное спекание или горячее прессование, отжиг пластификатора. Эти операции сложны, энергоемки и длительны по времени. Пластифицирующие вещества после использования своих технологических функций полностью не удаляются при спекании и влияют на физико-механические свойства электродных материалов и как следствие на работу и долговечность инструмента и деталей машин;
  • значительное снижение энергозатрат из-за использования химической энергии СВС-процесса вместо электрической;
  • простота оборудования благодаря отсутствию внешних источников тепла.

Состав СВС-электродов

Основа:Карбиды, бориды, нитриды, силициды, интерметаллиды
Связка:Металлы, сплавы, интерметаллиды (до 30%)
Спец. добавки:Алмазная крошка (порошок), бориды, нитриды, оксиды (до 25%)

Материалы и изделия, полученные методом СВС-экструзии и их области применения

Химический состав, % масс.Описание
TiC-TB2-(Al2O3-ZrO2)
TiC-TB2-Al2O3
TiC-TB2-ZrO2
Керамический композит с наноразмерной структурой. Микротвердость 2000-2300 кг/мм2
Покрытия из данного материала, полученные методом электроискрового легирования, обладают пониженным коэффициентом трения (до 25%) и повышенной износостойкостью (до 10 раз)
Ti3AlC2
Ti2AlC
Материалы на основе МАХ-фазы на основе титана имеют высокую тепловую и электрическую проводимость, а так же являются достаточно стойкими к тепловым ударам, обладают низким удельным весом, высоким модулем упругости, низким тепловым коэффициентом расширения, высокой теплостойкостью и жаростойкостью
NiAl
NiAl3
TiC-NiAl
TiC-NiAl3
TiC-TiNi
Интерметаллидные соединения обладают высокой твёрдостью (микротвердость составляет 6000±500 МПа) и высокой химической стойкостью, способны работать при высоких температурах и в условиях агрессивных сред. Данные интерметаллиды обладают неплохими показателями по износостойкости, твердости, термическому расширению, а так же обладают небольшим удельным весом и низким коэффициентом трения
TiC- 20-30 Ni (Co, Fe, Ti, сталь, нихром)
TiC-Cr3C2- 10-20 Ni (Co, Fe, Ti, Сталь, нихром)
TiC-TaC- 10-20 Ni (Co, Fe, Ti, сталь, нихром)
Синтетический твердый инструментальный материал обладает высокой твердостью (до 20 ГПа), высоким пределом прочности (до 200 кг/мм2), высокой износостойкостью (до 10 раз), химически стоек в окислительной атмосфере
60-90 TiB2+ 10-40 Ti
60-90 TiB+ 10-40 Ti
Сплав предназначен для изделий, работающих в циклических высокотемпературных условиях. Термостойкость сплава при цикле: нагрев - 1000°С, охлаждение при 20°С составила 100 циклов.
КТР=9,5-9,95 10-61/град
76 TiC+ 19 TiB2+ 5 Cu
38 TiC+ 57 TiB2+ 5 Cu
37.6 TiC+ 56.4 TiB2+ 6 Co
35.2 TiC+ 52.8 TiB2+ 12 Co
Тугоплавкая керамика обладает высокой химической стойкостью при высоких температурах.
Термообработка в вакууме при 2000°С не показывает изменений в структуре. Привес образцов при отжиге 1100°С в течение 50 часов не превышает 8.5 мг/см2
MoSi2-Al2O3
MoSi2-Al2O3-Ti
Тугоплавкий сплав обладает высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами, способен длительное время работать при температуре выше 1500°С, стоек к циклическим термическим нагрузкам. Максимальная рабочая температура 1900°С
Схема СВС-экструзии: а – до, б – после
Пресс-форма в сборе

СВС-электроды
СВС-электроды
СВС-электроды
Микроструктура СВС-электрода TiC-Co
Микроструктура СВС-электрода TiC-Cr3C2
Микроструктура СВС-электрода TiB-B

Микроструктура керамического СВС-электрода с наноструктурой
Микроструктура керамического СВС-электрода с наноструктурой

Микроструктура СВС-электрода на основе МАХ-фазы
Микроструктура СВС-электрода на основе МАХ-фазы