專利名稱:均勻磁場燒結(jié)法及其燒結(jié)爐的制作方法
本發(fā)明屬于粉末冶金燒結(jié)工藝及其裝備領(lǐng)域?！盁Y(jié)”在粉末冶金工藝中，是決定合金產(chǎn)品最終性能階段。燒結(jié)方法及裝備一直是粉末冶金工作者極為關(guān)注的問題。為取代傳統(tǒng)的氫氣保護燒結(jié)，六十年代間，在國外推廣應(yīng)用了真空燒結(jié)目前，以電阻加熱真空爐和感應(yīng)加熱真空爐成為合金生產(chǎn)中的主要燒結(jié)裝備。上述兩種真空爐各具長處，因此，它們的應(yīng)用在相爭并存。1973年8月，蘇聯(lián)公布了RAICHENKO，A.I.等人的B22f，3/125U394163和B22f，3/145U394164兩項專利，即“用兩個電流產(chǎn)生交變磁場實現(xiàn)金屬陶瓷的燒結(jié)”和“用兩個電磁鐵建立交變磁場實現(xiàn)金屬陶瓷件的燒結(jié)”。此兩項專利其實質(zhì)是“磁場熱壓”，其中前者屬模胎壓制，后者為無模胎壓制。1982年蘇聯(lián)YU.M.LITVINENKO等人在《POwder Mtallurgy》第一期發(fā)表了“松裝鈷粉、鎳粉和鐵粉在磁場中的燒結(jié)”的研究報告。此文論述了在氬氣保護下磁場對松裝鈷粉、鎳粉和鐵粉試樣作固相燒結(jié)過程及其效果。其燒結(jié)裝置是加熱器置于一對電磁鐵之間，并為臥式結(jié)構(gòu)。綜上所述，現(xiàn)用于生產(chǎn)的真空爐并未實現(xiàn)磁場燒結(jié)，而在“磁場熱壓”兩項專利和“松裝粉末的磁場燒結(jié)”的研究中，雖利用了磁場的作用，但其裝置為非均勻磁場系統(tǒng)，又是“電熱-電磁”分立結(jié)構(gòu)，因此在粉末冶金工藝中目前并末解決均勻磁場的燒結(jié)，更未應(yīng)用于真空燒結(jié)爐中。
本發(fā)明在于實現(xiàn)粉末冶金制品的均勻磁場的燒結(jié)。具有均勻磁場的真空燒結(jié)爐的立式結(jié)構(gòu)如附圖1。它由電極(1和6)，支承座(2)，電磁線圈(3)連接導體(4)，加熱器(5)，保溫裝置(7)等部分所組成。其中以電磁線圈(3)、聯(lián)接導體(4)、加熱器(5)和保溫裝置(7)組成具有單一頻率特性、“電熱-電磁”綜合統(tǒng)一的系統(tǒng)。
加熱器(5)，以電阻系數(shù)小于10(歐·平方毫米/米)的碳制品為材料加工制作成螺線管形，其直徑和長(高)度由生產(chǎn)能力所確定;電磁線圈(3)以金屬管為材料，按允許電流3000(安培)設(shè)計，加工繞制成筒形線圈，工作電源為工頻(50赫)，其漏磁通為主磁通的2%以下，其高(長)度與加熱器相當，表面作絕緣化處理并緊固成部件;加熱器的保溫裝置(7)選用導熱系數(shù)λ＝(4～5.83)×0.0001(卡/厘米·秒·℃)的保溫氈，直接包扎在加熱器外表面并用玻璃纖維帶捆扎成整體;支承裝置(2)以碳制品為材料加工成帶楔形槽的支座，借助于楔形塊將它與加熱器實現(xiàn)緊密接合;聯(lián)接導體(4)以厚度為(0.1～0.3)毫米的金屬片為材料，導體一端緊固于電磁線圈，另一端緊固于加熱器，并將加熱器與電磁線圈聯(lián)接成“串聯(lián)增助”，通過機外聯(lián)絡(luò)開關(guān)實現(xiàn)“串接”或“分接”，分接狀態(tài)時，由電磁線圈產(chǎn)生大于200(奧)的均勻磁場。本發(fā)明的臥式安裝的磁場燒結(jié)爐其基本部件與立式結(jié)構(gòu)相同，為便于安裝和支承，又提高有效容積，其加熱器和電磁線圈則設(shè)計成“矩形斷面”的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明又在于均勻磁場真空燒結(jié)爐燒結(jié)wc-(10～4)%Co系合金的燒結(jié)工藝，如附圖2.wc-Co系合金的液相燒結(jié)工藝的特征包括升溫-固相預(yù)燒-升溫-液相燒結(jié)-冷卻等五個階段。其中以固相預(yù)燒和液相燒結(jié)兩個階段最重要、固相燒結(jié)條件溫度1200～1260(℃)、真空度0.3～0.5(托)，磁場強度大于100(奧)，保溫時間80～100(分鐘);液相燒結(jié)的條件是溫度1420～1460(℃)，真空度0.8～1.6(托)，磁場強度大于100(奧)，保溫時間90～120(分鐘);第一段升溫的平均速度為10～12(℃/分)，磁場大于100(奧);第二段升溫的平均速度為5～6(℃/分)，磁場強度大于100(奧);根據(jù)合金牌號和含碳量調(diào)整工藝參數(shù)完成燒結(jié)。適當調(diào)整上述工藝條件，本燒結(jié)制度又適用于wc-TiC-Co系合金的燒結(jié)。
在均勻磁場真空爐中燒結(jié)含鈷(9.5～6.0)%(重量)的wc-Co系合金，與氫氣保護或無磁場真空爐燒結(jié)相比，合金孔隙度更低，達(0.01～0.02)%，粘結(jié)相分布均勻，wc晶粒平均尺寸下降，硬度、密度提高，抗彎強度可提高(10～30)%，其提高的幅度隨磁場增強而增大。因此，為達到同一強度水平，可降低合金含鈷量(1.5～3.0)%，節(jié)約原料費10%以上;隨合金含鈷量降低，硬度提高，耐磨性提高。同時，可降低燒結(jié)電耗(30～50)%，通過實踐考核，證明本發(fā)明易于推廣應(yīng)用，尤其有利于發(fā)展低鈷合金的生產(chǎn)。對于w-Fe、w-Fe-Ni和w-Cu等粉末冶金制品應(yīng)用均勻磁場燒結(jié)也同樣可取得改善機械物理性能的效果。
實施例按均勻磁場燒結(jié)法設(shè)計生產(chǎn)能力25公斤/爐的立式真空燒結(jié)爐，燒結(jié)wc-Co系抗沖擊合金，燒結(jié)裝置加熱器選用電阻系數(shù)為6-10(歐·平方毫米/米)人造石墨加工成螺線管狀，額定功率15千瓦，電磁線圈用扁金屬管密繞成筒形線圈，緊固成部件;加熱器保溫裝置選用碳纖維氈，迭厚30～35(毫米)。加熱器立式安裝于帶楔形槽的支承裝置上，用金屬片將加熱器和電磁線圈聯(lián)接成“串聯(lián)增助”。工作狀態(tài)下，燒結(jié)區(qū)內(nèi)的磁場強度大于100(奧)，其徑向波動小于±1%，軸向波動小于±5%，恒溫狀態(tài)時，燒結(jié)區(qū)的溫差為工作溫度±1.0%以內(nèi)。按附圖2工藝制度制定燒結(jié)工藝，燒結(jié)(生產(chǎn))wc-(9.5～6.5)%Co系的合金，由檢測機構(gòu)檢定的物理機械性能如附表。
由上述合金所組配的φ48七球齒釬頭，使用COP1038HD重型液壓鑿巖機，在f＝12～14的石英砂巖中，經(jīng)批量考核，平均鑿巖壽命達到642(米/個)，最高壽命達到837(米)，合金耐沖擊性能優(yōu)良。
附表均勻磁場燒結(jié)爐燒結(jié)的wc-Co系合金的性能。
補正 85100351文件名稱 頁 行 補正前 補正后權(quán)利要求
書 1 2 磁場燒爐 磁場燒結(jié)爐
權(quán)利要求
1.一種燒結(jié)爐由電阻絲繞制的加熱器和電磁鐵所組成的“電熱-電磁”分立非均勻磁場系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的均勻磁場燒爐的特征是有螺線管狀加熱器、電磁線圈、直接披護在加熱器外表面的保溫裝置、帶有楔形槽的加熱器支承裝置以及構(gòu)成加熱器與電磁線圈以“串聯(lián)增助”聯(lián)系的導電裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述，其特征是加熱器以電阻系數(shù)小于10(歐·平方毫米/米)的人造石墨加工成圓筒形或扁管形螺線管狀結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述，其特征是電磁線圈以允許電流2000～3000(安培)扁金屬管密繞成圓筒形或扁管形線圈并組配成部件。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述，其特征是保溫裝置選用導熱系數(shù)λ≤(4～5.83)×0.0001(卡/厘米·秒·℃)的碳纖維氈用玻璃纖維帶直接包護在加熱器外表面并組成整體的結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述，其特征是支承裝置選用人造石墨加工成具有楔形槽的支座并通過楔形塊將石墨座與加熱器作接觸電阻小于加熱器發(fā)熱電阻值的1%的可靠聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述，其特征是導電裝置以厚度為0.1～0.3(毫米)的金屬片做成并實現(xiàn)加熱器與電磁線圈可靠的聯(lián)接。
7.一種真空磁場燒結(jié)wc-Co系合金的工藝，其特征在于具有“升溫-固相預(yù)燒-升溫-液相燒結(jié)-冷卻”五段燒結(jié)工藝的條件。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述，其特征在于固相預(yù)燒工藝條件選擇預(yù)燒溫度1220～1260(℃)、真空度0.3～0.5(托)、保溫時間80～100(分鐘)以及燒結(jié)磁場強度大于100(奧)。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7所述，其特征在于液相燒結(jié)工藝條件選擇燒結(jié)溫度1420～1460(℃)、真空度0.8～1.6(托)、保溫時間90～120(分鐘)以及磁場強度大于100(奧)。
10.根據(jù)權(quán)利要求
7所述，其特征在于第一階段升溫制度選擇平均升溫速度每分鐘10～12(℃)，磁場強度大于100(奧)。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7所述，其特征在于第二階段升溫制度選擇平均升溫速度每分鐘5～6(℃)，磁場強度大于100(奧)。
12.根據(jù)權(quán)利要求
7所述，其特征在于冷卻階段切斷加熱電源后借助于電源轉(zhuǎn)換裝置由電磁線圈在燒結(jié)區(qū)內(nèi)產(chǎn)生大于200(奧)的均勻磁場。
專利摘要
均勻磁場燒結(jié)法及其燒結(jié)爐，屬于粉末冶金燒結(jié)工藝及其裝備領(lǐng)域。均勻磁場燒結(jié)爐由加熱器、電磁線圈、保溫裝置、支承裝置和聯(lián)接導體等所組成，并構(gòu)成“電熱—電磁”統(tǒng)一系統(tǒng)。當加熱器通以電流，在燒結(jié)區(qū)內(nèi)便獲得單一頻率、強度大于100(奧)的均勻磁場。用立式或臥式的磁場燒結(jié)真空爐燒結(jié)wc-Co系合金，其物理機械性能得到明顯改善；用于燒結(jié)wc-TiC-Co系合金或燒結(jié)以Fe、Co、N為粘結(jié)金屬制品以及W-Cu等合金制品同樣可取得改善性能的效果。
文檔編號B65D33/00GK85100351SQ85100351
公開日1986年3月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者張達明, 譚映國, 周洛三 申請人:中南礦冶學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan