Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ получения композиционного материала из металлических порошков с заданным физико-механическим свойством

Классы МПК:C22C1/04 порошковой металлургией
B22F1/00 Специальная обработка металлических порошков, например для облегчения обработки, для улучшения свойств; металлические порошки как таковые, например смеси порошков различного состава
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2011-05-27
публикация патента:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к подбору состава материала при производстве изделий из порошковых металлических композиционных материалов с заданным физико-механическим свойством. Подбор компонентов осуществляют с использованием следующей зависимости: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 , где Ском - заданное свойство композиционного материала; Сi - то же свойство i-го металлического порошка; способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 - относительная плотность i-го металлического порошка; ni - показатель пористости частиц i-го металлического порошка; Ki - концентрация i-го металлического порошка; i - номер металлического порошка (i=1способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 k). Относительную плотность определяют из условия равенства контактных усилий: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066

где способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 - сопротивление пластической деформации металлических порошков; F - площадь контакта соприкосновения частиц металлических порошков и уравнения плотности композита: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 , где способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 - заданная относительная плотность композиционного материала. Обеспечивается повышение точности определения заданных физико-механических свойств композитов. 2 пр.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при производстве изделий из порошковых металлических композиционных материалов.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ получения композиционного материала из металлических порошков с заданным физико-механическим свойством, в котором подбор компонентов для получаемого материала осуществляют исходя из требуемого физико-механического свойства композита, которое определяется составом, свойствами и концентрацией металлических порошков. Например, модуль упругости композиционного материала из металлических порошков (Eком ) рассчитывают по формуле «смеси»: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 , где Ei - модуль упругости i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; Ki - концентрация i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; i - номер компонента (металлического порошка) композиционного материала (i=1способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 k). Аналогичным образом осуществляют подбор компонентов, рассчитывая и другие требуемые физико-механические свойства композита, - теплопроводность, удельное электрическое сопротивление, сопротивление пластической деформации и др. После подбора компонентов производят их смешивание, а затем выполняют обработку давлением полученной смеси (Берент В.Я. Материалы и свойства электрических контактов в устройствах железнодорожного транспорта. - М.: Изд-во Интекст. - 2005, с.62).

Недостатком прототипа является значительное несоответствие рассчитываемых свойств от экспериментальных данных из-за того, что в известном способе не учитывается форма порошков, их деформационное и напряженное состояния при процессах обработки давлением, объединяющих отдельные порошки в единый композиционный материал, что приводит к увеличению затрат на производство композиционного материала из металлических порошков с заданным физико-механическим свойством.

Задачей изобретения является снижение затрат на производство композиционных материалов из металлических порошков за счет повышения точности определения заданных физико-механических свойств композитов.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе получения композиционного материала из заданных металлических порошков с заданным физико-механическим свойством, включающем подбор компонентов материала, их смешивание и обработку давлением полученной смеси, отличающийся тем, что подбор компонентов осуществляют из выражения: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 , где Ском - заданное свойство композиционного материала; Ci., - то же свойство i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 - относительная плотность i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; ni - показатель пористости частиц i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала;

Ki - концентрация i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; i - номер компонента (металлического порошка) композиционного материала (i=1способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 k), а относительную плотность составляющих (металлических порошков) композиционного материала определяют из условия равенства контактных усилий: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 ; способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 ; способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 , где способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 - сопротивление пластической деформации составляющих (металлических порошков) композиционного материала;

F - площадь контакта соприкосновения частиц составляющих (металлических порошков) композиционного материала, и уравнения плотности композита: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 где способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 - заданная относительная плотность композиционного материала.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с прототипом, изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники, практически осуществимо при производстве изделий из порошковых металлических композиционных материалов.

Предлагаемый способ получения композиционных материалов из заданных металлических порошков с заданными физико-механическими свойствами осуществляется следующим образом.

Сначала производят подбор компонентов композиционного материала для заданного физико-механического свойства (теплопроводность, удельное электрическое сопротивление, сопротивление пластической деформации, модуль упругости, предел усталости и др.). Отличительной особенностью предлагаемого способа является использование для подбора компонентов величин относительной плотности металлических порошков, составляющих композит, возведенной в степень показателя пористости соответствующего порошка (способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 ). Данный параметр учитывает форму порошков в результате осуществления пластической деформации при процессах обработки давлением (прессование, прокатка, осадка и др.), связанных с компактированием и последующим формообразованием для получения геометрии изделия. Причем для многокомпонентных порошков относительную плотность составляющих (металлических порошков) композиционного материала определяют из условия равенства контактных усилий: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 ; способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 ; способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 , где способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 - сопротивление пластической деформации составляющих (металлических порошков) композиционного материала; F - площадь контакта соприкосновения частиц составляющих (металлических порошков) композиционного материала, и уравнения плотности композита: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 , где способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 - заданная относительная плотность композиционного материала. Например, для двухкомпонентных композиционных материалов условие равенства контактных усилий будет равно: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 , а уравнение для расчета относительной плотности составляющих (металлических порошков) композиционного материала через заданную относительную плотность композита: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 Для расчета относительной плотности композиционных материалов, состоящих из трех и более компонентов, необходимо составить условие равенства контактных усилий сначала между первым компонентом и вторым, затем между первым компонентом и третьим, далее между первым компонентом и компонентом k. Таким образом, выражение для подбора компонентов композиционных материалов из заданных металлических порошков с заданными физико-механическими свойствами примет следующий вид: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 , где Ском - заданное свойство композиционного материала; Ci - свойство i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала, соответствующее рассчитываемому; способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 - относительная плотность i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; ni - показатель пористости частиц i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; Ki - концентрация i-го составляющего (металлического порошка) композиционного материала; i - номер компонента (металлического порошка) композиционного материала (i=1способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 k).

Примеры получения композиционных материалов с заданными свойствами

Пример № 1. Проверим заданное удельное электрическое сопротивление медно-цинкового композита с Кмеди=0,20, Кцинка =0,80 при относительной плотности композита способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 . Для данного состава, при равной площади контакта соприкосновения частиц порошков меди и цинка, условие равенства контактных усилий примет вид: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 или способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 где 56, 30 - сопротивления пластической деформации при горячих процессах обработки давлением порошков меди и цинка соответственно, МПа; 2,0; 1,8 - показатели пористости частиц порошков меди и цинка соответственно. Из условия равенства контактных усилий способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 Линиаризируем:

способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 0,50,6 0,7
способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 0,6550,802 0,951

Получим способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 . Подставим полученную зависимость в уравнение плотности для данного композита: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066

Тогда способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 Подставив известные значения, получим: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 и способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 Определим удельное электрическое сопротивление медно-цинкового композита (Rком): способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 Из эксперимента удельное электрическое сопротивление медно-цинкового композита с Kмеди=0,20, Kцинка =0,80, равно 0,049 Ом·мм2/м (Жданов Л.С., Маранджян В.А. Курс физики. Ч. 2. Электричество, оптика, атомная физика. - М.: Наука, 1966. - С.89). Тогда отклонение расчетной величины от экспериментальной составит: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066

Рассчитаем удельное электрическое сопротивление медно-цинкового композита с Kмeди=0,20, Kцинкa =0,80 по формуле «смеси» из способа, выбранного в качестве прототипа изобретения: Rком=Rмеди·R меди+Rцинка·Kцинка=0,0172·0,20+0,10·0,80=0,083 Ом·мм2/м. Тогда отклонение расчетной величины по формуле «смеси» от экспериментальной составит: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066

Таким образом, в предлагаемом способе точность подбора компонентов, исходя из заданного удельного электрического сопротивления для медно-цинкового композита, повышается в способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 раз, что позволит снизить затраты на производство изделий из заданных порошковых металлических композиционных материалов за счет сокращения количества изделий с недопустимым отклонением от требуемых физико-механических свойств (брак).

Особенно важным является повышение точности определения заданных физико-механических свойств композитов при прочностных расчетах. Так, например, повышение точности расчета сопротивления пластической деформации позволит использовать оборудование с меньшим усилием, что приведет к снижению затрат на производство изделий из порошковых металлических композиционных материалов.

Пример № 2. Проверим заданное сопротивление пластической деформации железо-медно-никелевого композита с Kжелеза=0,70, Kмеди=0/20, Kникеля=0,10 при относительной плотности композита способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 =0,85. Запишем условие равенства контактных усилий между частицами порошков железа и меди, при равной площади контакта соприкосновения частиц: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 или способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 где 100,56 - сопротивления пластической деформации при горячих процессах обработки давлением порошков железа и меди соответственно, МПа; 3,0, 2,0 - показатели пористости частиц порошков железа и меди соответственно. Из условия равенства контактных усилий способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 Линиаризируем:

способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 0,60,7 0,85
способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 0,6210,774 1,0

Получим способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 . Запишем условие равенства контактных усилий между частицами порошков железа и никеля, при равной площади контакта соприкосновения частиц: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 или способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 где 100, 65 - сопротивления пластической деформации при горячих процессах обработки давлением порошков железа и никеля соответственно, МПа; 3,0, 2,8 - показатели пористости частиц порошков железа и никеля соответственно. Из условия равенства контактных усилий способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 . Линиаризируем:

способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 0,60,7 0,85
способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 0,6750,796 0,98

Получим способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 . Подставим полученные зависимости в уравнение плотности для данного композита: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 .

Получим способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 . Тогда способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 и способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 . Определим сопротивление пластической деформации железо-медно-никелевого композита способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066

Из эксперимента сопротивление пластической деформации железо-медно-никелевого композита Kжелеза =0,70, Kмеди=0,20, Kникеля=0,10 равно 55 МПа (Кохан Л.С., Коростелев А.Б., Роберов И.Г., Мочалов А.Н. Обработка давлением металлов и заготовок из скомпактированных спеченных металлических порошков. - М.: ВИНИТИ, 2008. - 253 с.). Тогда отклонение расчетной величины от экспериментального значения составит: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 .

Рассчитаем сопротивление пластической деформации железо-медно-никелевого композита с Kжелеза =0,70, Kмеди=0,20, Kникеля=0,10 по формуле «смеси» из способа, выбранного в качестве прототипа изобретения:

способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066

Тогда отклонение расчетной величины по формуле «смеси» от экспериментального значения составит: способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 .

Таким образом, в предлагаемом способе точность подбора компонентов, исходя из заданного сопротивления пластической деформации для железо-медно-никелевого композита, повышается в способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 раз.

После подбора компонентов производят их смешивание, а затем выполняют обработку давлением полученной смеси.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения металлического композиционного материала с заданным физико-механическим свойством из заданных металлических порошков, включающий задание физико-механического свойства материала подбором компонентов с учетом заданного свойства порошков и их концентрации, смешивание и обработку давлением полученной смеси, отличающийся тем, что дополнительно определяют величину относительной плотности металлических порошков, составляющих композиционный материал из условия равенства контактных усилий:

способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066

способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066

способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066

где способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 - сопротивление пластической деформации металлических порошков;

F - площадь контакта соприкосновения частиц металлических порошков, и уравнения плотности композита:

способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066

где способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 - заданная относительная плотность композиционного материала,

при этом подбор компонентов материала осуществляют с использованием следующей зависимости

способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066

где Ском - заданное свойство композиционного материала;

Ci - то же свойство i-го металлического порошка;

способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 - относительная плотность i-го металлического порошка;

ni - показатель пористости частиц i-го металлического порошка;

Ki - концентрация i-го металлического порошка;

i - номер металлического порошка (i=1способ получения композиционного материала из металлических порошков   с заданным физико-механическим свойством, патент № 2499066 k).


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2499066

patent-2499066.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C22C1/04 порошковой металлургией

Патенты РФ в классе C22C1/04:
способ получения алюминиевого композиционного материала с ультрамелкозернистой структурой -  патент 2529609 (27.09.2014)
способ приготовления твердосплавной шихты с упрочняющими частицами наноразмера -  патент 2525192 (10.08.2014)
порошковый износо- корозионно-стойкий материал на основе железа -  патент 2523648 (20.07.2014)
способ получения многослойного композита на основе ниобия и алюминия с использованием комбинированной механической обработки -  патент 2521945 (10.07.2014)
жаропрочный порошковый сплав на основе никеля, стойкий к сульфидной коррозии и изделие, изготовленное из него -  патент 2516681 (20.05.2014)
способ испытания на сульфидную коррозию жаропрочных порошковых никелевых сплавов -  патент 2516271 (20.05.2014)
способ получения изделий из сложнолегированных порошковых жаропрочных никелевых сплавов -  патент 2516267 (20.05.2014)
способ изготовления порошкового композита сu-cd/nb для электроконтактного применения -  патент 2516236 (20.05.2014)
способ получения порошков сплавов на основе титана, циркония и гафния, легированных элементами ni, cu, ta, w, re, os и ir -  патент 2507034 (20.02.2014)
способы производства нефтепромысловых разлагаемых сплавов и соответствующих продуктов -  патент 2501873 (20.12.2013)

Класс B22F1/00 Специальная обработка металлических порошков, например для облегчения обработки, для улучшения свойств; металлические порошки как таковые, например смеси порошков различного состава

Патенты РФ в классе B22F1/00:
способ изготовления скользящих контактов -  патент 2529605 (27.09.2014)
композиция, улучшающая обрабатываемость резанием -  патент 2529128 (27.09.2014)
способ подготовки шихты порошковой проволоки и устройство для определения угла естественного откоса порошковых материалов -  патент 2528564 (20.09.2014)
способ приготовления твердосплавной шихты с упрочняющими частицами наноразмера -  патент 2525192 (10.08.2014)
способ получения диффузионно-легированного порошка железа или порошка на основе железа, диффузионно-легированный порошок, композиция, включающая диффузионно-легированный порошок, и прессованная и спеченная деталь, изготовленная из упомянутой композиции -  патент 2524510 (27.07.2014)
способ получения многослойного композита на основе ниобия и алюминия с использованием комбинированной механической обработки -  патент 2521945 (10.07.2014)
способ получения модифицированных наночастиц железа -  патент 2513332 (20.04.2014)
способ получения дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной порошковой стали с нанокристаллической структурой -  патент 2513058 (20.04.2014)
порошковая ферромагнитная композиция и способ ее получения -  патент 2510993 (10.04.2014)
смазка для композиций порошковой металлургии -  патент 2510707 (10.04.2014)

Наверх