UA130416C2 - Зношувана деталь з ієрархічного композиту з конструкційним посиленням та спосіб її виробництва - Google Patents

Зношувана деталь з ієрархічного композиту з конструкційним посиленням та спосіб її виробництва

Info

Publication number
UA130416C2
UA130416C2 UAA202302745A UAA202302745A UA130416C2 UA 130416 C2 UA130416 C2 UA 130416C2 UA A202302745 A UAA202302745 A UA A202302745A UA A202302745 A UAA202302745 A UA A202302745A UA 130416 C2 UA130416 C2 UA 130416C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
lattice structure
ceramic
vol
titanium
wear component
Prior art date
Application number
UAA202302745A
Other languages
English (en)
Inventor
Стефан Дезіле
Гай БЕРТОН
Марк Бабіно
Джагі Амолдіп Сінг
Original Assignee
Маготто Інтернасьональ С.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Маготто Інтернасьональ С.А. filed Critical Маготто Інтернасьональ С.А.
Publication of UA130416C2 publication Critical patent/UA130416C2/uk

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/005—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides comprising a particular metallic binder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C13/00—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills
    • B02C13/26—Details
    • B02C13/28—Shape or construction of beater elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0081—Casting in, on, or around objects which form part of the product pretreatment of the insert, e.g. for enhancing the bonding between insert and surrounding cast metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/02—Casting in, on, or around objects which form part of the product for making reinforced articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/06—Casting in, on, or around objects which form part of the product for manufacturing or repairing tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B22F10/14—Formation of a green body by jetting of binder onto a bed of metal powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1068—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/04—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbonitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/10—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on titanium carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/14—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
    • C22C32/0052—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0089—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with other, not previously mentioned inorganic compounds as the main non-metallic constituent, e.g. sulfides, glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/02—Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0242—Making ferrous alloys by powder metallurgy using the impregnating technique
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C2210/00—Codes relating to different types of disintegrating devices
    • B02C2210/02—Features for generally used wear parts on beaters, knives, rollers, anvils, linings and the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/062—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
    • B22F2007/066—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts using impregnation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
    • B22F2201/10—Inert gases
    • B22F2201/11—Argon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
    • B22F2301/20—Refractory metals
    • B22F2301/205—Titanium, zirconium or hafnium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2302/00—Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
    • B22F2302/10—Carbide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/28—Small metalwork for digging elements, e.g. teeth scraper bits
    • E02F9/2808—Teeth
    • E02F9/285—Teeth characterised by the material used
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
    • Y10T428/12042—Porous component

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Producing Shaped Articles From Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

Даний винахід стосується зношуваного компонента з ієрархічного композиту, який включає зміцнену частину, причому вищезгадана зміцнена частина включає зміцнення керамічної решітчастої структури тричі періодичної мінімальної поверхні, причому вищезгадана структура включає множину блоків комірок, причому вищезгадані блоки комірок включають порожнини та мікропористі керамічні стінки комірок, причому мікропори стінок комірок включають спечений метал або литий метал, причому керамічна решітчаста структура є включеною до безперервної в обидва боки структури з матрицею з литого металу.

Description

Галузь винаходу
Даний винахід розкриває зношуваний компонент з ієрархічного композиту, який одержують, застосовуючи технологію лиття, причому зношуваний компонент має поліпшену стійкість до комбінованих абразійних та ударних напружень та добру стійкість до руйнування. Зношуваний компонент включає тривимірну зміцнювальну мережу на основі решітчастої структури тричі періодичної мінімальної поверхні (ТПМП), зокрема, решітчастої структури на основі ТПМП, яку адитивно виробляють за допомогою ЗО-принтерів.
Рівень техніки
Даний винахід стосується зношуваних компонентів, які застосовують у галузях промисловості, пов'язаних із перемелюванням та подрібненням, наприклад, на цементних заводах, в кар'єрах і шахтах. Ці компоненти зазнають високого механічного напруження в цілому і сильного зношування через стирання на робочих поверхнях. Таким чином, бажано, щоб ці компоненти мали високу стійкість до стирання і певну в'язкість для витримування механічних напружень, таких як удари.
З врахуванням того, що ці дві властивості важко поєднати в одній композиції матеріалу, у минулому пропонувалися композитні зношувані компоненти з матрицею з відносно в'язкого сплаву з керамічними включеннями, які мають добру стійкість до зношування.
У документі 05 8,999,518 В2 розкривається ієрархічний композитний матеріал, який включає залізний сплав, зміцнений карбідом титану у формі зернистого агрегату, просоченого під час лиття феросплаву. Зміцнену структуру розташовують на поверхні, що найбільше піддається зношуванню.
Документ М/О 2010/031663А1 стосується композитного молотка для ударних дробарок, причому вищезгаданий молоток включає феросплав, який є принаймні частково зміцненим карбідом титану згідно з визначеною геометричною формою на поверхні зношуваної деталі, яка зазнає найбільшого напруження.
Документ УМО 2019/211268А1 стосується композитного зуба для грунтових або гірничих робіт, причому вищезгаданий зуб є виконаним із залізного сплаву, зміцненого принаймні у частині включенням, причому вищезгадана частина, зміцнена включенням, дозволяє, після реакції на місці, одержати переміжну макро/мікроструктуру концентрованих міліметрових зон мікрометричних сферичних частинок карбіду титану, відокремлених міліметровими зонами, які практично не містять мікрометричних сферичних частинок карбіду титану, причому вищезгадані концентровані зони мікрометричних сферичних частинок карбіду титану утворюють мікроструктуру, в якій мікрометричні проміжки між вищезгаданими сферичними частинками також займаються вищезгаданим залізним сплавом, яка характеризується тим, що вищезгадана макро/мікроструктура, утворена включенням, є відокремленою проміжком у принаймні 2 мм, в оптимальному варіанті принаймні З мм, від дальньої поверхні вищезгаданого зуба.
Різні експерименти показали, що склад або розташування керамічних частинок або елементів у зміцнених зношуваних деталях є не єдиними важливими особливостями, на яких слід зосередитися, але й геометрична форма самого зміцнення або, точніше, належний вибір геометричної форми зміцнення, пристосованої до конкретної зношуваної деталі, також має велике значення.
У цьому контексті випробували різні тривимірні зміцнювальні решітчасті структури на основі тричі періодичної мінімальної поверхні (ТПМП), включені у феросплавну матрицю конкретних зношуваних деталей.
Згідно з публікацією 5сппегіпд еї Мезрег (Зсппегіпд 1991), поверхню деяких типових структур тричі періодичної мінімальної поверхні (ТПМП) апроксимують за допомогою спрощених рівнянь, причому назви вищезгаданих структур зазначено нижче:
О-поверхня: со5(Х).со5(У).со5(2) - віп(Х).5іп(у).5іп(2)-С
Проїдальна: 5іп/().со5(У) 5іп(У).со5(27) нсо5(Х).5іп(2)-С
І-МУР: 2.(со5(Х).со5(У) нсо5(Х).со5(27)-с05().с05(7))-со5(2Х) нсо5(2У)нсо8(22)-С
Лідиноїдна: віп(2Х).со5(Х).5іп(2)5іп(2У).со5(2).5іп(Х) н5іп(227).со5(Х).5іп(у)-со5(2Х).сов(2У)-со5(27У).с0о5(22)-со5(27) .со5(2Х)-С
Поверхня Неовіуса: З.(со5(Х)со5(У)нсо5в(7))-4.со5(Х).со5(У).со5(2)-6
Р-поверхня: со5(Х)со5(у) нсо5(2)-С
С є константою (зазвичай - 0) у разі поверхонь, які не мають товщини.
З точки зору даного винаходу авторами розглядається не лише ТПМП, як їх зазвичай описують у літературі, але й їх лінійних комбінацій.
Вищезазначені рівняння представляють (ізо)дповерхні без товщини. У нижчезазначених публікаціях вказано способи, які застосовують для утворення (з товщиною стінок) на основі тричі періодичної мінімальної поверхні (ТПМП): - "Оезідп апа СПагасіегігайоп ої Зпееї-Вазей Сугоїй Рогоив бігисіигез м/їйп Віоіпзрігей Еипсііопаї!
Сгадієпів" Бу Уцап діп, Насуим Копо, Хвеуопд 2пои, сцапдуопоа Гі апа діапке Би. Рибіїзпеай іп Магегіа5 2020, 13, 3844; дої: 10.3390/та13173844.
- "ЗО ргіпїеєй сотрасї Ппеаї ехспапдеге м/ййп та(ПпетаїйісайПу дейпей соге зігисіигев5" Бу діпо Кіт апа бопд-діп оо. Рибіїзпейд іп доштаї ої Сотршайопа! Оезідп апа Епдіпеегіпо, 2020, 7(4), 527 - 550; аоії: 10.1093/сде/джагаоз2. - "Тесппіса! Моїе: Сугоїд вігисіигез Тог З3О-ргіпіїед пе(егодепеои5 Кадіоїпегару рпапіотзв" Бу К. Тіпо,
М. І еагу, А. Уео, М. Вгапаї апа Т. Кгоп. Рибіїзней іп РПузісв іп Меаїісіпе 5 Віоіоду, 2019, МоЇште 64,
Митрбег 21; БО: 10.1088/1361-6560/а648ваь.
Конкретні приклади таких скелетних структур наведено на Фігурі 1.
У документі ИШ52020/171753А1 розкриваються адитивно вироблені гіроїдальні решітчасті структури. З точки зору визначення "структури тричі періодичної мінімальної поверхні", зокрема, гіроїдальних структур, документ И0Ш52020/171753А1 включено як посилання на представлене розкриття.
У документі СМ109516789 розкривається пориста структура АЇОз на основі гіроїдальної криволінійної поверхні. Кераміка та спосіб її одержання грунтуються на тричі періодичній мінімальній криволінійній поверхні (ТПМП), яка є безперервною і просторово з'єднаною. Одержана пориста АЇгОз керамічна гіроїдальна структура має високу твердість, високу термостійкість та корозійну стійкість.
У даному описі вираз "тричі періодична мінімальна поверхня" слід тлумачити не у вузькому розумінні як математичне поняття, жорстко пов'язане з поверхнями, а як решітчасту структуру (скелет) з'єднуваних окремих комірок, у якій кожна окрема комірка включає стінки та порожнини, причому стінки комірки займають певний об'єм окремої комірки, а порожнини займають решту об'єму, і решітчаста структура демонструє періодичність в усіх трьох вимірах. З цієї причини ми вживаємо вираз "тривимірна решітчаста структура тричі періодичної мінімальної поверхні (ТПМП) або утворена на її основі", або просто: "решітчаста структура ТПМП". Стінки комірок мають мінливу мікропористість згідно зі способом виробництва ТПМП та її складом.
У скелетній структурі ТПМП поверхня має практично безперервну кривизну у будь-яких точках структури - не лише у межах окремої комірки, але й у місцях з'єднання між двома окремими комірками. На Фігурі 20 показано приклад складання трьох окремих комірок з Р-поверхнею.
Ця характеристика є важливою для механічної стійкості цієї зміцненої структури, оскільки розриви кривизни поверхні є місцями високого напруження, а отже, являють собою слабкі зони.
Решітчасті структури ТПМП не є вузлами, що мають різні об'єми, поверхні яких не мають дотичних контактів. У таких каркасних вузлах кривизна у місцях з'єднання різних об'ємів має розриви. На Фігурі 21 показано приклад вузла, який складається зі сфери та горизонтального циліндра. У місці з'єднання 1 між двома об'ємами кривизна сфери 2 не дорівнює кривизні циліндра 3.
Решітчасті структури ТПМП не є спіненими структурами, які складаються з комірок випадкового розміру та форми, які простягаються в усіх напрямках.
У Документі СМ108396165А розкривається періодична структура, яка складається зі сферичних, циліндричних або кубічних елементів. Однак ці елементи не з'єднуються з безперервною кривизною. У місцях з'єднання кривизна двох елементів не є безперервною. Таким чином, описана періодична структура не є структурою решітки (скелета) ТПМП, яка розкривається у даному документі (див. Фігуру 21).
У документі СМ110615672А розкривається півсфера або сфера зі спіненою структурою. Таким чином, вона не є періодичною на відміну від структур решітки (скелета) ТПМП, які розкриваються у даному винаході.
У документі 52018185916А1 розкривається спінена структура з відкритими порами, яка не є періодичною, на відміну від структур решітки (скелета) ТПМП, які розкриваються у даному винаході.
Цілі винаходу
Даний винахід має на меті забезпечення зношуваного компонента з ієрархічного композиту, який одержують із застосуванням технології лиття і який включає тривимірну зміцнювальну мережу на основі решітчастої структури тричі періодичної мінімальної поверхні (ТПМП), в оптимальному варіанті - адитивно виготовленої шляхом ЗО-друку з кераміки або керамічно-металевих порошків, вибраних з групи, до якої належать карбіди, бориди та нітриди, зокрема, , карбіди титану, карбіди вольфраму та карбонітриди титану.
Короткий опис винаходу
Даний винахід розкриває зношуваний компонент з ієрархічного композиту, який включає зміцнену частину, причому вищезгадана зміцнена частина включає зміцнення керамічної решітчастої структури тричі періодичної мінімальної поверхні, причому вищезгадана структура включає множину блоків комірок, причому вищезгадані блоки комірок включають порожнини та мікропористі керамічні стінки комірок, причому мікропори стінок комірок включають спечений метал або литий метал, причому керамічна решітчаста структура є включеною до безперервної в обидва боки структури з матрицею з литого металу.
Оптимальні варіанти втілення даного винаходу розкривають принаймні одну, або відповідну комбінацію таких особливостей:
- решітчасту структуру тричі періодичної мінімальної поверхні вибирають із групи, до якої належать гіроїдальна, лідиноїдна, поверхня Неовіуса, Р-поверхня, ромбоїдальна (О-поверхня) та І-М/Р або їхні комбінації та похідні; - розміри блоків комірок становлять від 10 до 60 мм, в оптимальному варіанті від 15 до 50 мм, товщина стінок комірок становить від 1 до 15 мм, в оптимальному варіанті від 2 до 10 мм; - концентрацію керамічного матеріалу у межах зміцненої частини регулюють шляхом зміни товщини стінок комірки та/або розміру блока комірок на відрізку зміцненої частини; - керамічний матеріал вибирають із групи, до якої належать карбіди, бориди та нітриди металів або їх комбінації; - керамічний матеріал вибирають із групи, до якої належать карбіди титану, карбонітрити титану; карбіди титану-хрому, бориди титану та карбіди вольфраму; - матриця з литого металу є феросплавною матрицею, яка включає сталь або чавун; - спечений метал, присутній у мікропорах стінок комірок, вибирають із групи, до якої належать титан, вольфрам, хром, сталь та чавун або їх комбінації; - концентрація керамічного матеріалу в решітчастій структурі становить від ЗО до 90 об'ємн. 95, в оптимальному варіанті від 40 до 80 об'ємн. 90; - концентрація керамічного матеріалу у зміцненій частині становить від 5 до 50 об'ємн. 95, в оптимальному варіанті -- від 10 до 40 об'ємн. 905;
Даний винахід також розкриває спосіб виробництва зношуваного компонента з ієрархічного композиту згідно з даним винаходом, який включає такі етапи: - виробництво керамічної решітчастої структури геометричної форми тричі періодичної мінімальної поверхні через порошкову суміш, яка включає керамічні частинки; - принаймні часткове спікання керамічної решітчастої структури; - позиціонування керамічної решітчастої структури у виливниці; - лиття феросплаву для одержання зміцненого зношуваного компонента з ієрархічного композиту за пунктом 1 формули винаходу.
Оптимальні варіанти втілення способу згідно з даним винаходом розкривають принаймні одну, або відповідну комбінацію таких особливостей: - етап принаймні часткового спікання зміцнювальної керамічної решітчастої структури включає майже повне просочування мікропористих стінок комірок вищезгаданої структури металом, вибраним з групи, яка складається з титану, вольфраму, хрому, сталі та чавуну або їх комбінації, перед позиціонуванням у виливниці та кінцевим литтям; - після етапу принаймні часткового спікання здійснюють етап гарячого ізостатичного пресування або наступного просочування; - етап виробництва зміцнювальної керамічної решітчастої структури на основі геометричної форми тричі періодичної мінімальної поверхні є адитивним виробництвом із застосуванням технології струменевого нанесення зв'язувальної речовини (бБіпаег |еї) з наступним затвердженням зв'язувальної речовини при температурі понад 150 "С; - частинки керамічного порошку мають розмір О5о від 1 до 150 мкм, в оптимальному варіанті від 5 до 100 мкм, виміряний із застосуванням технології лазерної дифракції.
Даний винахід також розкриває застосування зношуваного компонента з ієрархічного композиту згідно з пунктами з 1 по 10 формули винаходу як ударної дробарки, жолобчастих зубів.
Короткий опис фігур
Фігура 1 представляє ілюстративну, але не обмежувальну підбірку решітчастих структур ТПМП та можливих похідних, одержаних шляхом САЮ-моделювання.
Фігура 2 представляє концептуальну модель гіроїдальної окремої комірки металокерамічної решітчастої структури на гіроїдальній основі (об'єм 1), включеної до металевої матриці (об'єм 2), що веде до створення композитної структури, яка пов'язує два комплементарні об'єми 1-2.
Фігура З представляє концептуальну модель гіроїдальної окремої комірки керамічної решітчастої структури на гіроїдальній основі для включення до металевої матриці, яка має листову товщину (товщину стінки комірки), що збільшує позірний об'єм зміцненої структури з 4 до 40 об'ємн. 95.
Комбінацію фігурної тривимірної решітчастої структури на гіроїдальній основі з комплементарним об'ємом металевої матриці представлено як цілий куб та як діагональний зріз куба.
Фігура 4 представляє структури на гіроїдальній основі з різними розмірами пористої структури з карбіду титану, з базовою пластиною, яку застосовують як вставку, що піддається просочуванню, для зміцнення зношуваних деталей згідно з даним винаходом.
Фігура 5 представляє незношений литий зуб, підходящий для зміцнення згідно з ідеєю даного винаходу.
Фігура 6 представляє зношений литий зуб.
Фігура 7 представляє контур зміцненого зуба з типовою пористою металокерамічною вставкою існуючого рівня техніки, яка піддається просочуванню, розташованою у найбільш напруженій зоні.
Фігура 8 представляє контур того самого зуба, що й на Фігурі 7, з металокерамічною решітчастою структурою, яка піддається просочуванню, на гіроїдальній основі згідно з винаходом.
Фігура 9 представляє відбійне кільце роторної дробарки МАС'Ітрасі 2700, у якій здійснювали випробування на ножах, виготовлених з конструкційними посиленнями на основі ТІПМП згідно з винаходом. У цій машині заявник помістив ніж, який має металокерамічне зміцнення на основі ТПМП згідно з даним винаходом, оточене з кожного боку ножем, зміцненим звичайною керамічною вставкою згідно з існуючим рівнем техніки.
Фігура 10 представляє незношений литий ніж, підходящий для зміцнення згідно з ідеєю даного винаходу.
Фігура 11 представляє зношений литий ніж.
Фігура 12 представляє контур зміцненого ножа з металокерамічною вставною структурою на гіроїдальній основі згідно з даним винаходом, розташованою у найбільш напруженій зоні зношуваного компонента.
Фігура 13 представляє контур зміцненого ножа з металокерамічною вставною структурою з зернистого агрегату існуючого рівня техніки у тій самій позиції, що й на Фігурі 12.
Фігура 14 представляє гіроїдальну окрему комірку 11 мм завдовжки з товщиною стінки З мм у вставці (А) 150х100х30 мм і з діагональним зрізом (В).
Фігура 15 представляє гіроїдальну окрему комірку 29 мм завдовжки з товщиною стінки 8 мм у вставці (А) 150х100х30 мм і з діагональним зрізом (В).
Фігура 16 представляє ромбоїдальну окрему комірку 30 мм завдовжки з товщиною стінки 7 мм у вставці (А) 150х100х30 мм і з діагональним зрізом (В).
Фігура 17 є детальним видом виконаного на ЗО-принтері пірамідального ТПМП-зміцнення для поміщення у виливницю для лиття зуба.
Фігура 18а представляє решітчасту структуру на гіроїдальній основі з мінливою товщиною стінок решітчастої структури згідно з прикладами 5 та 6, представленої у 3-х різних перпендикулярних зрізах (186, 1вс, 184) у комбінації з комплементарним об'ємом.
Фігура 19а представляє решітчаста структура на гіроїдальній основі з мінливою товщиною стінок решітчастої структури згідно з прикладами 7 та 8 у 3-х різних перпендикулярних зрізах (1965, 19с, 194).
Фігура 20 показує безперервну кривизну у місці з'єднання окремих комірок решітчастої структури
ТИМ.
Фігура 21 показує структуру, яка розкривається у СМ108396165А, яка не є решітчастою структурою
ТПМП, з показом розривів у кривизні у місцях з'єднання двох елементів блока.
Детальний опис винаходу
Структури тричі періодичної мінімальної поверхні (ТПМП), які розділяють простори на два протилежно конгруентні лабіринти проходів, описують згідно з апроксимованими математичними формулами, як згадано вище. Будучи включеними у металеву матрицю литої зношуваної деталі з ієрархічного композиту, керамічний або металокерамічний композит та литий метал утворюють безперервну в різних фазах структуру.
Решітчасті структури на основі ТПМП, будучи виготовленими у тривимірній скелетній решітчастій структурі, демонструють високу міцність на стискання та високу стійкість до згинання, яку використовують згідно з даним винаходом для зміцнення зношуваних деталей які зазнають високих механічних напружень в цілому і сильного зношування через стирання на робочих поверхнях, як згадано вище.
Вибір структури на основі ТПМП (Ггіроїдальної, лідиноїдної, Р-поверхні і т. ін. та їх комбінацій) зумовлюється дослідженнями механічних властивостей адитивно виготовлених полімерних структур, які описано у відповідній літературі і які показують, наприклад, що виготовлені структури мають переваги над традиційними стільниковими елементами при застосуванні як амортизаційного шару, який приймає ударне навантаження.
Про вибір типу ТПМП зазначено у таких публікаціях: - "Іпуезіїдайоп ої ТипсііопаїІу дгадед ТРМ5 в5ігисіигез Табгісаїей ру адайіме тапитасіигіпуд" Бу 5піхіапд
Ум, еї аі. Зпеп2пеп Кеу І арогайогу їог Ааайме Мапигасіигіпд ої Нідп-Репогтапсе Маїегіаі5, Оерайтепі ої Меспапісаї апа Епегду Епдіпеегіпд, Зошйегп Опімегейу ої Зсіепсе апа ТесппоЇоду, 5пеп2пеп рибіїзнеа іп МаїегіаІ5 апа Оевзідп 182 (2019) 108021; - "Сотргезвіоп-сотргевзвзіоп Тайдце Брепаміоциг ої дугоіїд-туре Піріу регіодіс тіпіта! зипасе рого зігисіигез Табгісасей Бу зеїІесіїме Іазег тейЦіпд" Бу І еі Мапд апа аї! рибіїзпеай іп Асіа Маїегіаіа 181 (2019) 49 - 66.
Хоча й важко перенести результати, отримані у вищезгаданих публікаціях, на зношувану деталь, виготовлену шляхом лиття у контексті решітчастої структури металокерамічної ТПМП, але виглядає так, що структура ТПМП на ромбоїдальній основі теоретично має бути більш ударостійкою, ніж решітчаста структура на гіроїдальній основі. Таким чином, для підтвердження цієї гіпотези обидві структури порівнювали у ножі.
Згідно з даним винаходом, структури на основі ТПМП адитивно виготовляють шляхом ЗО-друку будь-якого типу з застосуванням порошків з кераміки або металокераміки, які включають карбіди, карбонітриди та бориди, в оптимальному варіанті карбіди титану, карбіди вольфраму або карбонітриди титану.
Опис етапів адитивного виробництва та лиття зношуваної деталі
Для виробництва ТПМП-вставки згідно з даним винаходом необхідно створити цифрову структуру тривимірної моделі і включити її з порошком у пристрій для ЗО-друку (адитивного виробництва), і хоча у даному разі оптимальним є струменеве нанесення зв'язувальної речовини, вона не є обмежувальною.
Загальний огляд технологій ЗО-друку та різних стандартів А5ТМ, пов'язаних з характеризацією та способами, було опубліковано на ЗсіепсеЮОігесі Вир:/Ллухуху. всієпседігесі сот/Лорісв/епріпестіпр/ріпдетг- зешШпр.
У цьому огляді на 22-х сторінках зведено зміст 10-ти документів, які стосуються технологій 30- друку, які представляють відомості про цю технологію, доступні для спеціалістів у даній галузі. З цієї точку зору дану публікацію було включено до цього опису шляхом посилання.
Так, технологію струменевого нанесення зв'язувальної речовини було розкрито у документі О5 6,036,777 (2000) та 052015/0069649 А1.
Останній документ дає повний огляд відповідних параметрів технології струменевого нанесення зв'язувальної речовини з керамічними матеріалами: "Віпдег |ейіпуд ої сегатісв: Ром/дег5, Біпаегв, ргіпііпд рагатеїйегз5, едиїртепі, апа розі-ігеайтепі" (2019) Хіпуцап Ім, Рапд Уе, І айеі Спепд, Зпапдули Бап, Мопозпепдуд іш 5сіепсе апа ТесппоЇоду оп
Тпептозігисіцга! Сотрозіїе Магїепа 5 І арогафогу, Могпйпуезіегп Роїутесппіса! Опімегейу, Хігап, 710072, РК
Спіпа.
У цьому документі досліджуються етапи та застосування струменевого нанесення зв'язувальної речовини з керамічними матеріалами і обговорюються ключові чинники, такі як порошки, зв'язувальні речовини, параметри друку, обладнання та процес наступної обробки, а також вплив форми частинок та гранулометричного складу керамічних порошків. Також описано вплив домішок, такий як механізм формування крапельок та кінетика інфільтрації крапельок зв'язувальної речовини. Крім того, в цьому документі обговорюються параметри друку, такі як товщина шару, насиченість, орієнтація друку, обладнання та наступна обробка. З метою пояснення технології струменевого нанесення зв'язувальної речовини дану публікацію включено до цієї заявки шляхом посилання.
Одним з важливих елементів технології струменевого нанесення зв'язувальної речовини є вибір належного типу зв'язувальної речовини з огляду на її сумісність з відповідним керамічним або металокерамічним порошком. У різних документах існуючого рівня техніки було досліджено різні типи зв'язувальних речовин та керамічних порошків.
У документі М/О2020/146452 АТ розкривається конкретний аміновмісний адгезивний полімер та спосіб адитивного виробництва об'єкта зі струменевим нанесенням зв'язувальної речовини. Спосіб включає окрему подачу порошку, з якого має бути виготовлений вищезгаданий об'єкт, та розчин, який включає адгезивний полімер, розчинений у розчиннику, до пристрою для адитивного виробництва, причому вищезгаданий адгезивний полімер є аміновмісним полімером, який має молекулярну масу принаймні 200 г/моль, з розподілом вибірково розташованих крапельок вищезгаданого адгезивного полімеру з друкуючої головки вищезгаданого пристрою для адитивного виробництва у шарі порошку для зв'язування частинок і для створення заготовки об'єкта, який має бути виготовлений.
У документі О52019/0111618 А1 розкривається спосіб непрямого адитивного виробництва об'єкта шляхом окремої подачі порошку, з якого має бути виготовлений вищезгаданий об'єкт, та або дифункціонального затверджуваного мономеру, або адгезивної полімерної зв'язувальної речовини, у пристрій для адитивного виробництва з розподілом вибірково розташованих крапельок вищезгаданих дифункціонального затверджуваного мономеру або адгезивної полімерної зв'язувальної речовини з друкуючої головки вищезгаданого пристрою для адитивного виробництва у шарі вищезгаданого порошку для зв'язування частинок вищезгаданого порошку вищезгаданими дифункціональним затверджуваним мономером або адгезивною полімерною зв'язувальною речовиною для виготовлення затверджуваної заготовки, яка має форму об'єкта який має бути виготовлений; і, у разі дифункціонального затверджуваного мономеру, затвердження вищезгаданої затверджуваної заготовки для утворення зшитого об'єкта У цьому документі представлено перелік наявних затверджуваних мономерів з зазначенням температури затверднення. Цей документ включено до даного опису шляхом посилання.
Методологія виробництва зношуваної деталі згідно з даним винаходом.
Оптимальний спосіб виробництва зношуваної деталі, зміцненої керамічною або металокерамічною вставкою з ТПМП-скелетом, який також називають керамічною або металокерамічною решітчастою структурою ТПМП, полягає у створенні цифрової структури тривимірної моделі з множиною окремих комірок, вставленні її у ЗО-принтер, частковому або повному спіканні вищезгаданої адитивно виготовленої структури, поміщенні вставки у піщану виливницю та литті гарячого рідкого металу матриці (високохромистого чавуну або сталі) з метою інфільтрації у порожнини та, за наявності, мікропори вставки та одержання зношуваної деталі без порожнин.
Етапи виготовлення ТПМП-решітки є такими:
Цифрова структура тривимірної моделі - Числову тривимірну модель керамічної ТПМП-вставки генерують за допомогою програми комп'ютеризованого проєктування (САБО) (наприклад, п ГороЇоду)
Вирв://пороіІору. сот/репегайуе-дЧевірп-501маге/ і перетворюють у формат, придатний для обробки ЗО-принтергом, наприклад, формат 5Т1. (стереофотографії). Вимоги до технічних характеристик (таких як зношуваність або механічні властивості) часто коливаються у межах обсягу конструкції, і виникає необхідність у регульованому контролюванні ключових параметрів, таких як товщина або розмір решітки (товщина стінок комірки або розмір комірок).
У програмі пГороїоду застосовують режим Ріеід-Огмеп Оезідп для просторового варіювання параметрів решітчастих структур, таких як, наприклад, товщина стінок або розмір комірок. - Після цього файл обробляють за допомогою програми, яка нарізає модель на 20-шари заданої товщини, які піддаються друкуванню.
Процес адитивного виробництва (АМ) - У цьому процесі керамічний порошок подають через бункер для побудови одного окремого шару за раз, наприклад, 100 мкм завтовшки. Керамічний порошок включає карбіди (наприклад ТісС), бориди або нітриди та, можливо, деякі інші металеві елементи. Розмір частинок (О5хо) зазвичай становить від 1 до 150 мкм, в оптимальному варіанті від 2 до 50 мкм, у найкращому варіанті -- від 4 до 16 мкм (згідно з вимірюваннями за допомогою аналізатор розміру частинок із застосуванням способу лазерної дифракції, наприклад, Маїмегп Мазіегвігег 2000 згідно з теорією Мі). - Може виникнути необхідність в етапі просіювання, якщо гранулометричний склад порошку не відповідає заданому гранулометричному складові частинок (зумовлюється текучістю та роздільною здатністю друку). - Керамічний порошок вводять у бункер ЗО-принтера для побудови вставки шар за шаром (можливе застосування вібрації та валиків для повторного нанесення покриття з метою збільшення густини пакування шару, як правило, у разі тонкодисперсних порошків або порошків з низькою текучістю). - Залежно від технології адитивного виробництва, рухома головка створює злипання порошку у конкретних ділянках на шарі шляхом струменевого нанесення зв'язувальної речовини або шляхом агломерування частинок порошку, наприклад, із застосуванням процесу плавлення (злитий шар із застосуванням технології (АБЕК). Агломерація також відбувається з попередніми шарами, які знаходяться під поточним шаром. У разі струменевого нанесення зв'язувальної речовини рідку зв'язувальну речовину наносять за допомогою рухомої головки у формі крапельок у конкретних ділянках шару згідно з 20-файлом. Важливим параметром є визначення підходящого рівня насичення з метою досягнення відповідного зв'язування між частинками шару, а також з попереднім надрукованим шаром. Оптимальною зв'язувальною речовиною є, наприклад, диспергована у воді зв'язувальна речовина на гліколево-акриловій основі, така як тетраєтиленглікольдиметакрилат; тетраетиленглікольдіакрилат; триєтиленглікольдиметакрилат, діетиленгліколь-2-метоксієтанол або, в оптимальному варіанті, суміші, підходящі для утворення з'єднаних між собою молекулярних мереж, які можуть бути дисперговані у воді й тверднуть при 200 "С протягом приблизно 2 годин на см матеріалу, який підлягає затвердженню. - Потім наносять наступний шар, і вищезгадані етапи повторюють, доки не буде побудовано всю вставку у порошковому шарі.
Затверднення та спікання - Якщо як зв'язувальну речовину вибрано здатний до зшивання мономер, він потребує затвердження. Весь бокс нагрівають при температурі приблизно 200 "С у сушильній камері для надання деталі міцності (через полімеризацію, зшивання, випарювання розчинника або деякі інші механізми) протягом періоду часу, який залежить від об'єму боксу, для забезпечення рівномірності температури (наприклад, 2 год./см). - Потім бокс залишають до повного охолодження для того, щоб необроблену деталь можна було безпечно обробляти без ризику її ламання. - Надлишок порошку видаляють з боксу, наприклад, за допомогою щітки, пилососа або продування стиснутим повітрям. - Потім необроблену решітчасту структуру ТПМП поміщують у піч і нагрівають при високій температурі (зазвичай понад 1000 "С) у контрольованій атмосфері (зазвичай в аргоні або вакуумі) для виконання етапу спікання. Спікання може бути повним або частковим, залежно від потрібної пористості стінок готової вставки. У разі часткового спікання решітчасту структуру піддають додатковому капілярному просочуванню металом під час тієї самої або наступної високотемпературної обробки.
Виробництво зношуваної деталі - Готову керамічну або металокерамічну решітчасту структуру ТПМП поміщують у піщану виливницю у позиції, в якій має бути досягнута стійкість до зношування / стійкість до ламання для зношуваної деталі. - Розплавлений метал заливають у виливницю. Розплавлений метал просочує решітчасту структуру ТПМП для створення безперервної в різних фазах зміцненої структури з керамічною структурою ТПМП, яку включають у матрицю з литого металу. - У разі частково спечених ТПМП-вставок із залишковою мікропористістю розплавлений метал просочує стінки комірок решітчастої структури ТПМП, що в результаті забезпечує дуже міцний зв'язок кераміки / металу. - Розплавлений метал залишають для охолодження до повного затверднення литої деталі. Піщану виливницю після цього видаляють і готову деталь очищують від залишків піску, з можливим виконанням наступних звичних завершальних етапів процесу лиття, які є відомими спеціалістам у даній галузі (вибивання, дробоструменеве очищення, шліфування, додаткова термічна обробка (випал, загартовування, відпускання, ...)). - Може вимагатися завершальний етап верстатної обробки для досягнення заданих кінцевих розмірів.
Приклади -- ножі та зуби як зношувані деталі
Ніж
Приклад 1
Суміш 93 мас. 95 порошку карбіду титану з середнім розмір частинок ЮО5о 11 мкм змішували протягом 15 хвилин з 7 мас. 95 титанового порошку з середнім розміром частинок ЮОхо 40 мкм у змішувачі з інертною атмосферою аргону.
Однорідну суміш після цього використовували для друкування гіроїдальної решітчастої структури 150х100х30 мм з розміром блока комірок приблизно 11 мм та товщиною стінок комірки приблизно З мм (як представлено на Фігурі 14) на ЗО-принтері для струменевого нанесення зв'язувальної речовини
Х1 25 Рго від компанії ЕХопе. Для друкування деталі (ВА0О5 ЕХопе) застосовували водну зв'язувальну речовину на основі суміші діетиленгліколю у формі дисперсії у водному розчині 2-бутоксіетанолу.
Ключові параметри процесу адитивного виробництва були такими: - кожен шар друку був приблизно 100 мкм завтовшки; - швидкість друку становила 90 секунд на шар; - насиченість пор порошку зв'язувальною речовиною становила 90 95; і - густина пакування порошку становила приблизно 49 95.
Після завершення весь друкарський бокс висушували у камері при приблизно 200 "С протягом 2 годин на см висоти деталі, причому час утримання залежить від кількості решітчастих структур, оскільки існує можливість виготовлення кількох виробів за раз.
Після охолодження друкарський бокс звільняли від порошку за допомогою пилососа та щітки для одержання необробленої гіроїдальної решітчастої структури.
Одержану необроблену гіроїдальну решітчасту структуру поміщали у піч і нагрівали до приблизно 1150 С протягом 2 годин в атмосфері аргону.
Гіроїдальна решітчаста структура загалом включає приблизно 74 об'ємн. 95 порожнього простору для просочування феросплавом (приблизно 47 об'ємн. 95 через порожнини у гіроїдальній решітчастій структурі (блок комірок) та додаткові 27 об'ємн. 95 мікрометричних пор всередині стінок комірок), причому решту 26 об'ємн. 95 у стінках комірок займають карбіди титану - металевий титан.
Одержану гіроїдальну решітчасту структуру потім розташовують у відповідній позиції у піщаній виливниці у зоні зношуваної деталі, яка підлягає зміцненню (ієрархічна зношувана деталь, представлена на Фігурі 12).
Потім розплавлений високохромистий білий чавун при приблизно 1640 "С заливають у виливницю, заповнюючи 47 об'ємн. 95 порожнин гіроїдальної решітки і просочуючи 27 об'ємн. 95 мікрометричних пор між частинками стінок комірок.
Після заливання 53 об'ємн. 96 зміцненого об'єму містить високу концентрацію приблизно 49 об'ємн. 96 карбіду титану (густина пакування порошку). Загальний об'ємний вміст карбідів титану у зміцненій частині зношуваної деталі, таким чином, становить приблизно 26 об'ємн. 95.
Приклад 2
Приклад 2 виконують так само, як у Прикладі 1, але з іншим розміром блока комірок та товщиною стінок комірки.
Однорідну порошкову суміш використовували для друкування гіроїдальної решітчастої структури 150х100х30 мм з розміром блока комірок приблизно 29 мм та товщиною стінок комірки приблизно 8 мм (як представлено на фігурі 15) з застосуванням того самого обладнання, що й у Прикладі 1. Для друкування деталі (ВАОО5 ЕХопе) застосовували водну зв'язувальну речовину на основі суміші діетиленгліколю у формі дисперсії у водному розчині 2-бутоксіетанолу.
Ключові параметри процесу адитивного виробництва та висушування були такими самими, як у
Прикладі 1 (висушування при 200 "С протягом 2 годин з наступним нагріванням печі до 1150 "С).
Цю гіроїдальну решітчасту структуру також одержували при густині пакування порошку 49 95, і загалом вона включала приблизно 74 об'ємн. 95 порожнього простору для просочування феросплавом (приблизно 46 об'ємн. 96 через порожнини у гіроїдальній решітчастій структурі (блок комірок) та додаткові 28 об'ємн. 95 мікрометричних пор всередині стінок комірок), і решту 26 об'ємн. 95 стінок комірок складали карбід титану - металевий титан.
Одержану гіроїдальну решітчасту структуру потім розташовують у відповідній позиції у піщаній виливниці у зоні зношуваної деталі, яка підлягає зміцненню (ієрархічна зношувана деталь, представлена на Фігурі 12).
Потім розплавлений високохромистий білий чавун при приблизно 1640 "С заливають у виливницю, заповнюючи 46 об'ємн. 95 порожнин гіроїдальної решітки і просочуючи 28 об'ємн. 95 мікрометричних пор між частинками стінок комірок.
Після заливання 54 об'ємн. 95 зміцненого об'єму містить високу концентрацію приблизно 49 об'ємн. 96 карбіду титану (густина пакування порошку). Загальний об'ємний вміст карбіду титану у зміцненій частині зношуваної деталі, таким чином, становить приблизно 26 об'ємн. 95.
Приклад З
Суміш 93 мас. У5 порошку карбіду титану з середнім розміром частинок ЮО5о 11 мкм змішували протягом 15 хвилин з 7 мас. 95 титанового порошку з середнім розміром частинок ЮО5о 40 мкм у змішувачі з інертною атмосферою аргону.
Однорідну суміш використовували для друкування ромбоїдальної решітчастої структури 150х100х30 мм з розміром блока комірок приблизно 30 мм та товщиною стінок приблизно 7 мм (як представлено на Фігурі 16) з застосуванням того самого обладнання, що й у Прикладі 1. Для друкування деталі (ВАОО5 ЕХопе) застосовували водну зв'язувальну речовину на основі суміші діетиленгліколю у формі дисперсії у водному розчині 2-бутоксіетанолу.
Ключові параметри процесу адитивного виробництва були такими самими, як і для попередніх прикладів (висушування при 200 "С протягом 2 годин з наступним нагріванням печі до 1150 С).
Цю ромбоїдальну решітчасту структуру одержували при густині пакування порошку 49 95, і загалом вона включає приблизно 73 об'ємн. 95 порожнього простору для просочування феросплавом (приблизно 45 об'ємн. 96 через порожнини у ромбоїдальній решітчастій структурі (блок комірок) та додаткові 28 об'ємн. 95 мікрометричних пор всередині стінок комірок), і решту 27 об'ємн. 95 у стінках комірок складали карбід титану - металевий титан.
Одержану ромбоїдальну решітчасту структуру потім розташовують у відповідній позиції у піщаній виливниці у зоні зношуваної деталі, яка підлягає зміцненню (ієрархічна зношувана деталь, представлена на Фігурі 13).
Потім розплавлений високохромистий білий чавун при приблизно 1640 "С заливають у виливницю, заповнюючи 45 об'ємн. 95 порожнин ромбоїдальної решітки і просочуючи 28 об'ємн. 95 мікрометричних пор між частинками стінок комірок.
Після заливання 55 об'ємн. 96 зміцненого об'єму містить високу концентрацію приблизно 49 об'ємн. 96 карбіду титану (густина пакування порошку). Загальний об'ємний вміст карбіду титану у зміцненій частині зношуваної деталі, таким чином, становить приблизно 27 об'ємн. 95.
Приклад 4
Суміш 90 мас. 96 порошку ТіСо5Мо5 з середнім розміром частинок 7 мкм змішували протягом приблизно 15 хвилин з 10 мас. 95 титанового порошку з середнім розміром частинок 40 мкм у змішувачі з інертною атмосферою аргону.
Однорідну суміш знову використовували для друкування ромбоїдальної решітчастої структури 150х100х30 мм з розміром комірок ЗО мм та товщиною 7 мм (як представлено на Фігурі 16) з застосуванням того самого обладнання, що й у Прикладі 1.
Ключові параметри процесу друкування були такими: - кожен шар друку був 100 мкм завтовшки; - швидкість друку становила 90 секунд на шар; - насиченість зв'язувальної речовини становила 100 95; і - густина пакування порошку становила приблизно 50 95.
Після завершення весь друкарський бокс висушували у камері при 200 "С протягом 2 годин на см висоти деталі. Після охолодження друкарський бокс звільняли від порошку за допомогою пилососа та щітки для одержання необробленої ромбоїдальної решітчастої структури.
Необроблену ромбоїдальну решітчасту структуру поміщали у піч і нагрівали до приблизно 1150 "С протягом приблизно З годин в атмосфері аргону (99,5 95) для забезпечення повного згоряння більшості зв'язувальної речовини.
Цю ромбоїдальну решітчасту структуру одержували при густині пакування порошку 50 95, і загалом вона включає приблизно 73 об'ємн. 95 порожнього простору для просочування феросплавом (приблизно 45 об'ємн. 96 через порожнини у ромбоїдальній решітчастій структурі (блок комірок) та додаткові 28 об'ємн. 95 мікрометричних пор всередині стінок комірок), і решту 27 об'ємн. 95 у стінках комірок складали карбонітрид титану ї металевий титан. Після цього у виливницю заливають розплавлений рідкий високохромистий білий чавун.
Таким чином, розплавлений рідкий високохромистий білий чавун заповнює приблизно 45 об'ємн. 96 ромбоїдальної решітчастої структури, а потім 28 об'ємн. 95 мікрометричних пор між частинками. Шляхом реакції з вуглецем з чавуну решту частинок титану перетворюють на частинки карбіду титану. Після заливання 55 об'ємн. 95 зміцненого об'єму містить високу концентрацію приблизно 50 об'ємн. 96 карбіду титану та карбонітриду титану. Загальний об'ємний вміст частинок карбонітриду титану та карбіду титану у зміцненій частині зношуваної деталі, таким чином, становить приблизно 28 об'ємн. 95.
Зношувані деталі ножа, яка застосовують у молотковій дробарці з вертикальним валом, було виготовлено зі зміцнювальними решітчастими структурами ТПМП, одержаними згідно з прикладами 1, 2, З та 4 даного винаходу.
Їх порівнювали зі зношуваними деталями, виготовленими з гранулами згідно з документом 05 8,999,518 В2, з загальним об'ємним відсотком частинок карбіду титану приблизно 28 об'ємн. 95 у зміцненому об'ємі.
Як сировину застосовували такі порошки: - титан Н. С. ЗТАКСК, Атрегтії 155.066, менше за 200 меш: - графітове вугілля СК Кгорітийі, ОБ4, »99,5 95, менше за 15 мкм; - Ее, у формі сталі Н5О5 М2, менше за 25 мкм.
Порошкову суміш з 15 95 графітового вугілля, 63 95 титану та 22 95 заліза у формі сталі М2 за масою змішують протягом 15 хв у змішувачі Гіпдог в атмосфері аргону.
І0О00О1| Гранулювання здійснюють за допомогою гранулятора Запш-Сопгеийг: штрипс виготовляють шляхом стискання порошку до 75 95 теоретичної густини з тиском 200 МПа на валках. Потім штрипс подрібнюють на гранули. Гранули просіюють для одержання гранул розміром від 1,4 до 4 мм.
Цей склад та питома відносна густина в результаті реакції згідно з Таблицею 5 документа 05 8,999,518 В2 дає об'ємну пропорцію твердих частинок карбіду титану приблизно 50 об'ємн. 95 у просочених гранулах.
Таблиця 5 - продовження
Зв'язок між рівнем стискання, теоретичною густиною та відсотком ТІіС, отриманим після реакції у гранулах з врахуванням присутності заліза 11101111 Стисканнягранул.7//:Х///сСС 11111111 | 55160 | 651 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95
ТІС, отриманий після реакції (та стискання) в об'ємн. 95 у 36,940,3|436)47,01504 | 53,7) 57,1 | 604 63,8 гранулах
Гранули змішують з б мас.95 органічного фенольного адгезиву і поміщують у виливницю (наприклад, у силіконі) потрібної форми. Після тужавіння адгезиву (одержаного при 100 "С протягом достатнього часу) ядро твердне і може бути видобуте з виливниці.
Ядро включає 45 об'ємн. 96 порожнин (міліметрові проміжки) у тривимірній мережі зв'язаних адгезивом гранул. Згідно з Таблицею б документа 5 документа 8,999,518 В2, одержують об'ємну густину порядку 1,8 г/см? (45 95 простору між гранулами плюс 25 95 пористості у гранулах).
Таблиця 6
Об'ємна густина укладених шарами гранул (ТінС--Еє) т т | 60 | 65 70 | 75 | 80 | 851 90| 95
Заповнення зміцненої частини деталі в об'ємн. 96 "Об'ємна густина (1,5) - теоретична густина (4,25)х0,65 (заповнення) х0,55 (стискання)
Ядро поміщують у піщану виливницю у зоні зношуваної деталі, яка підлягає зміцненню (ієрархічна зношувана деталь, представлена на Фігурі 13), яка, таким чином, включає 55 об'ємн. 95 пористих гранул. Після реакції у зміцненій частині одержують 55 об'ємн. 96 ділянок з високою концентрацією приблизно 50 95 глобулярного карбіду титану згідно з Таблицею 4 документа 05 8,999,518 В2, тобто, приблизно 28 об'ємн. 95 від загального карбіду титану у зміцненій макро-мікроструктурі зношуваної деталі.
Таблиця 4
Загальний відсоток ТіС, одержаний у зміцненій мікро-мікроструктурі після реакції Тіч0,98 С--Ре у зміцненій частині зношуваної деталі (90 теоретичної густини, яка становить 4,25 г/см3) | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 з о виде обєм оо
Порівняння продуктивності з ножами існуючого рівня техніки
Відбійне кільце ударної дробарки з вертикальним валом, у якій було здійснено ці випробування, показано на Фігурі 9.
У цій машині (МАС'Ітрасі 2700) заявник помістив ніж, який включає зміцнення згідно з даним винаходом, оточений з кожного боку ножем, зміцненим згідно з існуючим рівнем техніки, з гранулами, виконаними згідно з документом О5 8,999,518 В2, для оцінки характеру зношування за ідентичних умов. Матеріал, який підлягає подрібненню накидають з високою швидкістю на робочу поверхню ножів (незношений окремий ніж представлено на Фігурі 10). Під час подрібнення робоча поверхня зношується (зношений окремий ніж представлено на Фігурі 11).
Для кожного ножа після застосування вимірюють втрату маси. до втрати маси - ((кінцева маса - початкова маса) / початкова маса) х 100
Показник продуктивності визначають як зазначено нижче, причому втрата маси контрольного зразка є середньою втратою маси деталей, виготовлених згідно з документом Ш5 8,999,518 В2, ножів з кожного боку випробуваного ножа.
РІ - 95 втрата маси контрольного зразка / 95 втрата маси випробуваного ножа
Показник продуктивності, більший за 1, означає, що випробуваний ніж (винахід) є менш зношеним за контрольний зразок, менший за 1 означає, що випробуваний ніж є більш зношеним за контрольний зразок.
Ключові параметри 4-х прикладів представлено у Таблиці А.
Без прив'язування до будь-якої теорії вважається, що: - поліпшені характеристики Прикладу 2 можуть пояснюватися зовсім іншим плануванням гіроїдальної структури ТПМП порівняно з джерелами існуючого рівня техніки; - поліпшені характеристики Прикладу 1 порівняно з Прикладом 2 можуть пояснюватися зниженою інтенсивністю зношування, можливо, завдяки меншій конфігурації блоків комірок та отворів сітки; - поліпшені характеристики Прикладу З порівняно з Прикладом 2 можуть пояснюватися лише відмінністю ТІПМП; - поліпшені характеристики Прикладу 4 порівняно з Прикладом З можуть пояснюватися кращою стійкістю карбонітриду титану до зношування порівняно з карбідом титану.
Таблиця А
Розміри зміцненої зони Док. 05 8,999,518 -150х100х30 мм для всіх риклад і | Приклад Приклад З Приклад 4 В2 - ігура 14 Фігура 15 Фігура 16 Фігура 16 Існуючий рівень прикладів техніки
Геометрична форма зміцнення Гіроїдальна | Гіроїдальна Ромбоїдальна Ромбоїдальна адгезивом тпмМп тпмМп тпмМп тпмМпП тпмМпП гранули 1,4 на 4
ММ
(Блоккомірокрозмр(мм) 1771711 Ї7711729771777717117301 17111130 ЇЇ - (Товщинастіноккомрки(мм)ї | З ! 8 / 7 / 7 | - або макроскопічна пористість (7)
Ізміцнення(9б)ї 77777771 ЇГ117111111116Г1111111111ЩСГ1111111111Сг111111111сг1 решітки ТПМП (стінки комірок) або (просочування(просочування)| (просочування на | (просочування на |(просочування на гранул (7 на місці на місці місці місці місці ши |в, частинок у зміцненні після 582 593 604 637 615 заливання (г
Об'ємна пропорція твердих частинок у включеній до гранулах (7) пише || вн» твердих частинок у зміцненій 26 96 26 96 27 9 28 96 28 96 частині зношуваної деталі
Зуб
Землерийні зуби, які застосовують у канатних екскаваторах та ковшах бульдозерів, відливали у піщаній виливниці зі зміцненою частиною, яка включає керамічну решітчасту структуру ТПМП згідно з винаходом (Фігура 8). Їх порівнювали з зношуваними деталями, виконаними зі зміцненням, яке складається з гранул, поміщених у металевий контейнер, що має форму зрізаної піраміди з прямокутною основою, з центральним циліндричним отвором, зробленим згідно з документом
МО2019/211268 А! (Фігура 7), що забезпечує загальний об'ємний відсоток карбіду титану приблизно 27 об'ємн. 95 у зміцненій зоні.
Механічні властивості є ключовими параметрами при застосуванні землерийних зубів. Решітчасту структуру на основі ТПМП згідно з цим винаходом проєктували за такими правилами: - Співвідношення об'ємного відсотка решітчастої структури ТПМП з литим металом у зміцненій частині зуба поступово зменшують у напрямку поверхні деталі шляхом застосування змінюваної товщини стінок комірки або змінюваного розміру блока комірок. На відміну від документа існуючого рівня техніки М/О2019/211268 Ат, згідно з яким зміцнення в оптимальному варіанті має бути розташоване принаймні на 2-6 мм нижче поверхні, даний винахід, завдяки контрольованій і змінюваній кількості зміцнення, дозволяє розташовувати ядро зміцнення безпосередньо на поверхні зношуваної деталі без створення критичних напружень або тріщин. Така можливість дозволяє збільшувати зміцнений об'єм і, при використанні такої самої кількості матеріалу, збільшувати загальну об'ємну пропорцію твердих частинок у зміцненій зоні, а отже, додатково знизити механічні напруження через невідповідність коефіцієнта теплового розширення між матеріалом зміцнення та литим металом. - Товщина стінок комірки поступово збільшується від поверхні до внутрішнього ядра зуба, тоді як розмір блока комірок залишається практично незмінним або просто збільшується у напрямку поверхні зношуваної деталі. - Для забезпечення механічних властивостей зуба над заданою глибиною під зовнішньою поверхнею співвідношення зміцнення з металом також зменшують у напрямку центра зуба. - Тим часом співвідношення зміцнення з металом підтримують на вищому рівні для забезпечення максимальної стійкості до зношування.
Цей тип конструкції легко виготовляють шляхом адитивного виробництва, він також дозволяє зміцнити початкову поверхню зуба без створення критичних напружень і збільшити загальну стійкість до зношування, при цьому зберігаючи високу механічну стійкість ядра. У такий спосіб існує можливість контролювання концентрації керамічного матеріалу через варіювання розміру блока комірок та/або варіювання товщини стінок комірки.
Для гіроїдальних решітчастих структур з тонкими стінками комірок, які витримують лиття розплавленого металу, може виникнути потреба у збільшенні міцності порівняно з міцністю лише частково спечених ядер. Густі керамічні решітчасті структури ТІПМП одержують шляхом повного загущення під час спікання (з застосуванням або без застосування додаткового етапу гарячого ізостатичного пресування) або наступного просочування.
Приклад 5
Висушений розпиленням гранульований порошок із середнім розміром частинок ЮО5о 25 мкм, який складається з 88 мас. 95 карбіду вольфраму та 12 мас. 95 кобальту, застосовували для друкування гіроїдальної решітчастої структури, як представлено на Фігурі 18, з комплементарним об'ємом, з незмінним розміром окремої комірки 25 мм (після спікання) та змінюваною товщиною стінок комірки від
2 до 6 мм (після спікання) на ЗО-принтері Іппомепі зі струменевим нанесенням зв'язувальної речовини від Ехопе, з тією самою зв'язувальною речовиною, що й у попередніх прикладах.
Ключові параметри процесу друкування були такими: - кожен шар друку був 100 мкм завтовшки, - швидкість друку становила 90 секунд на шар; - насиченість зв'язувальної речовини становила 60 95; і - густина пакування порошку становила приблизно 45 95.
Після завершення весь друкарський бокс висушували у камері при 200 "С протягом приблизно 1 год./см товщини виробу.
Після охолодження друкарський бокс звільняли від порошку за допомогою пилососа та щітки для одержання необробленої гіроїдальної решітчастої структури.
Необроблену гіроїдальну структуру поміщали у піч і нагрівали до 1485 "С протягом 45 хв у вакуумі в атмосфері аргону при 5 мбар для повного згоряння більшості зв'язувальної речовини та часткового спікання до закривання всіх мікропор стінок комірки. Потім застосовували ізостатичне гаряче пресування при 1485 "С протягом 10 хвилин в аргоні при тиску 1,8 МПа для досягнення відносної густини 99 95.
Ця спечена гіроїдальна решітчаста структура представлена з комплементарним об'ємом на
Фігурах 186, 18с та 184 у розрізі, загалом включає приблизно 74 об'ємн. 95 порожнин, і її матеріал є густим (будь-яку суттєву мікропористість у стінках комірок усунуто). Її поміщують у піщану виливницю у частині зношуваної деталі, яка підлягає зміцненню (як представлено на Фігурі 8).
Потім розплавлену високовуглецеву сталь виливають при 1630 "С у виливницю. Таким чином, розплавлена високовуглецева сталь заповнює 74 об'ємн. 96 порожнин гіроїдальної решітчастої структури. Після заливання приблизно 9795 (10095 зрізаної піраміди мінус 395 центрального циліндричного отвору) зміцненої частини містить приблизно 26 об'ємн. 95 високої концентрації приблизно 80 об'ємн. 95 карбіду вольфраму. Загальний об'ємний вміст карбіду вольфраму у зміцненій макро-мікроструктурі зношуваної деталі, таким чином, становить приблизно 21 об'ємн. 95.
Приклад 6
Порошкову суміш, яка складалася з 75 мас. 95 порошку карбіду титану, 19,5 мас. 95 залізного порошку, 4 мас. 95 марганцевого порошку, 1 мас. 95 нікелевого порошку та 0,5 мас. 95 молібденового порошку, з середнім розміром частинок 5 мкм застосовували для друкування гіроїдальної решітчастої структури з незмінним розміром комірок 25 мм (після спікання) та змінюваною товщиною від 2 до 6 мм (після спікання), подібно до Прикладу 5, з такими параметрами:
Ключові параметри процесу друкування були такими: - кожен шар друку був 50 мкм завтовшки; - швидкість друку становила 90 секунд на шар; - насиченість зв'язувальної речовини становила 100 95; і - густина пакування порошку становила приблизно 45 95.
Після завершення весь друкарський бокс висушували у камері при 200 "С протягом 2 годин на см висоти деталі. Після охолодження друкарський бокс звільняли від порошку за допомогою пилососа та щітки для одержання необробленої гіроїдальної решітчастої структури.
Необроблену гіроїдальну структуру поміщали у піч і нагрівали до 1430 "С протягом З годин під вакуумом в атмосфері аргону при 4 мбар для повного згоряння більшості зв'язувальної речовини та часткового спікання до закривання всіх мікропор стінок комірки. Потім застосовували ізостатичне гаряче пресування при 1430 "С протягом 10 хвилин в аргоні при тиску 1,8 МПа для досягнення відносної густини 99 95.
Ця спечена гіроїдальна решітчаста структура представлена з комплементарним об'ємом на
Фігурах 1860, 18с та 184 у розрізі, загалом включає приблизно 74 об'ємн. 95 порожнин завдяки гіроїдальній решітці. Її поміщують у піщану виливницю у ділянці зношуваних деталей, які підлягають зміцненню (як представлено на Фігурі 8). Після цього у виливницю виливають розплавлену високовуглецеву сталь.
Таким чином, розплавлена високовуглецева сталь заповнює 74 об'ємн. 95 порожнин гіроїдальної решітки. Після заливання приблизно 9795 (10095 зрізаної піраміди мінус 395 центрального циліндричного отвору) зміцненої частини містить приблизно 26 об'ємн. 95 високої концентрації приблизно 82 об'ємн. 95 карбіду титану. Загальний об'ємний вміст карбіду титану у зміцненій частині зношуваної деталі, таким чином, становить приблизно 21 об'ємн. 95.
Приклад 7
Порошковий карбід титану з середнім розміром частинок ЮО5о 11 мкм застосовували для друкування гіроїдальної решітчастої структури з незмінним розміром комірок 20 мм та змінюваною товщиною стінок комірок від 2 до 7 мм, як представлено на Фігурі 19, з комплементарним об'ємом, з такими параметрами.
Ключові параметри процесу друкування були такими: - кожен шар друку був 100 мкм завтовшки;
- швидкість друку становила 90 секунд на шар; - насиченість зв'язувальної речовини становила 100 95; і - густина пакування порошку становила приблизно 50 95.
Після завершення весь друкарський бокс висушували у камері при 200 "С протягом 2 годин на см висоти деталі. Після охолодження друкарський бокс звільняли від порошку за допомогою пилососа та щітки для одержання необробленої гіроїдальної решітчастої структури.
Необроблену гіроїдальну решітчасту структуру поміщали у піч у плавильному тиглі, який містив достатню кількість 4140 сталевого порошку (зі складом: Сг: 1,11 мас. 95, Мп: 1,04 мас. 95, С: 0,4 мас. 95, бі: 0,24 мас.95, Мо: 0,23 мас.95, Ре: решта) для заповнення 50 95 об'єму мікропор решітчастої структури, а потім нагрівали до 1450 "С протягом 10 хв у вакуумі 0,001 мбар для повного просочення у капіляри пористої форми для досягнення відносної густини 98 95.
Ця гіроїдальна решітчаста структура, різні розрізи якої представлено з комплементарним об'ємом, як показано на Фігурах 1960, 19с та 194, загалом включає приблизно 56 об'ємн. 96 порожнин завдяки гіроїдальній решітці. Її поміщують у піщану виливницю у ділянці зношуваних деталей, які підлягають зміцненню (як представлено на Фігурі 8). Після цього у виливницю виливають розплавлену високовуглецеву сталь.
Таким чином, розплавлена високовуглецева сталь заповнює 56 об'ємн. 95 порожнин гіроїдальної решітки. Після заливання приблизно 9795 (10095 зрізаної піраміди мінус 395 центрального циліндричного отвору) зміцненої частини містить приблизно 44 об'ємн. 95 високої концентрації приблизно 50 об'ємн. 95 карбіду титану. Загальний об'ємний вміст карбіду титану у зміцненій частині зношуваної деталі, таким чином, становить приблизно 21 об'ємн. 95.
Приклад 8
Суміш 86 мас. 95 порошку карбіду титану з середнім розміром частинок Ю5О 11 мкм змішували протягом 15 хвилин з 14 мас. 95 титанового порошку, з середнім розміром частинок 40 мкм у змішувачі з інертною атмосферою аргону.
Однорідну суміш використовували для друкування гіроїдальної решітчастої структури з незмінним розміром комірок 20 мм та змінюваною товщиною стінок комірок від 2 до 7 мм на ЗО-принтері для струменевого нанесення зв'язувальної речовини Х1 25 Рго від компанії ЕХопе. Для друкування деталі (ВАО05 ЕХопе) застосовували водну зв'язувальну речовину на основі суміші діетиленгліколю у формі дисперсії у водному розчині 2-бутоксієтанолу.
Ключові параметри процесу адитивного виробництва були такими: - кожен шар друку був приблизно 100 мкм завтовшки; - швидкість друку становила 90 секунд на шар; - насиченість пор порошку зв'язувальною речовиною становила 90 95; і - густина пакування порошку становила приблизно 49 95.
Після завершення весь друкарський бокс висушували у камері при приблизно 200 "С протягом 2 годин на см висоти деталі, причому час утримання залежав від кількості решітчастих структур, оскільки існує можливість виготовлення кількох виробів за раз. Після охолодження друкарський бокс звільняли від порошку за допомогою пилососа та щітки для одержання необробленої гіроїдальної решітчастої структури.
Одержану необроблену решітчасту структуру на гіроїдальній основі поміщали у піч і нагрівали до приблизно 1150С протягом 2 годин в атмосфері аргону для забезпечення повного згоряння більшості зв'язувальної речовини.
Цю гіроїдальну решітчасту структуру одержували при густині пакування порошку 49 95, і загалом вона включає приблизно 78 об'ємн. 95 порожнього простору для просочування феросплавом (приблизно 56 об'ємн. 95 через порожнини у гіроїдальній решітчастій структурі (блок комірок) та додаткові 22 об'ємн. 95 мікрометричних пор всередині стінок комірок), і решту 22 об'ємн. 95 у стінках комірок складали карбід титану - металевий титан.
Одержану гіроїдальну решітчасту структуру потім розташовують у відповідній позиції у піщаній виливниці у зоні зношуваної деталі, яка підлягає зміцненню. Після цього у виливницю виливають розплавлену високовуглецеву сталь. Розплавлена рідка високовуглецева сталь заповнює 56 об'ємн. 95 порожнин гіроїдальної решітки і просочує 22 об'ємн. 95 мікрометричних пор між частинками стінок комірок.
Різні розрізи гіроїдальної решітчастої структури представлено з комплементарним об'ємом на
Фігурах 196, 19с та 194.
Після заливання приблизно 97 95 (100 95 зрізаної піраміди мінус З 95 центрального циліндричного отвору) зміцненої частини містить приблизно 44 об'ємн. У5 високої концентрації приблизно 49 об'ємн. 96 карбіду титану (густина пакування порошку). Загальний об'ємний вміст карбіду титану у зміцненій зоні зношуваної деталі, таким чином, становить приблизно 21 об'ємн. 905.
Зношувані деталі зубів виготовляли згідно з Прикладами 5, б, 7 та 8 даного винаходу, як представлено на Фігурі 8. Зношувані деталі зубів згідно з винаходом порівнюють зі зношуваними деталями зубів, одержаними згідно з документом М/О2019/211268 АТ, з загальним об'ємним відсотком частинок карбіду титану приблизно 27 об'ємн. 95 у зміцненому об'ємі.
Використовували таку порошкову сировину: - титан Н. С. ЗТАКСК, Атрегтії 155.066, менше за 200 меш; - графітове вугілля СК Кгорітийі, ОБ4, »99,5 95, менше за 15 мкм; - Ее, у формі сталі НО5 М2, менше за 25 мкм;
Порошкову суміш з 15 95 графітове вугілля, 63 95 титану та 22 95 заліза у формі сталі М2 за масою змішують протягом 15 хв у змішувачі І іпаог в атмосфері аргону.
Гранулювання здійснюють за допомогою гранулятора бапиїСопгеиг: штрипс виготовляють шляхом стискання порошку до 75 95 теоретичної густини з тиском 200 МПа на валках. Після цього штрипс подрібнюють на гранули. Гранули просіюють для одержання гранул розміром від 1,4 до 4 мм.
Цей склад та питома відносна густина в результаті реакції згідно з Таблицею 2 документа
ММО2019/211268 Аї, дають об'ємну пропорцію твердих частинок карбіду титану приблизно 50 об'ємн. 95 у просочених гранулах.
Таблиця 2
Зв'язок між рівнем стискання, теоретичною густиною та відсотком
ТІС, одержаним після реакції у гранулі, з врахуванням присутності заліза:
Стисканнягранул./ | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 80 | 95
ТІС, одержаний після реакції (та стискання) воб'ємн. Убу | 36,9. | 40,3 | 436 | 47,0 50,4 | 53,7 | 571 60,4 | 63,8 гранулах
Гранули поміщують у перфорований металевий контейнер. Об'єм, який займають гранули, має форму зрізаної піраміди з прямокутною основою (велика основа циліндра: 150х90 мм, мала основа: 50х25 мм, висота: 190 мм) з центральним циліндричним перфорованими отвором 15 мм у діаметрі.
Укладені гранули включають 45 об'ємн. 95 порожнин (міліметрові проміжки) у тривимірній мережі зв'язаних гранул. Згідно з Таблицею З документа М/О2019/211268 АТ, одержували об'ємну густину порядку 1,8 г/см (45 95 простору між гранулами плюс 25 95 пористості гранул).
Таблиця З
Об'ємна густина укладених гранул (ТіС-Ее) о Стисеанняд// | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 55 80 | 79 | 20 22 | 24 | 26 | 27 | 29 | ЗЛ | 32
Заповнення зміцненої частини деталі в об'ємн. 96 (С) Об'ємна густина(1.5) - теоретична густина (4,25) х 0,65 (заповнення) х 0,55 (стискання)
Перфорований металевий контейнер, який містить 55 об'ємн. 95 пористих гранул, розташовують у піщаній виливниці на відстані 5 мм від будь-якої з поверхонь наконечника деталі зуба, у зоні зношуваної деталі, яка підлягає зміцненню (ієрархічна зношувана деталь, представлена на Фігурі 7)
Після реакції 97 95 (100 95 зрізаної піраміди мінус З 95 центрального циліндричного отвору) зміцненої частини, яка включає 55 об'ємн. 95 ділянок з високою концентрацією, одержують приблизно 50 95 сферичного карбіду титану, тобто, приблизно 27 об'ємн. 95 від загальної кількості карбіду титану у зміцненій макро-мікроструктурі зношуваної деталі.
Автор винаходу розмістив кілька зубів, які включають гіроїдальну вставку (як представлено на
Фігурі 8) згідно з даним винаходом, поряд із кількома зубами згідно з документом існуючого рівня техніки УМО2019/211268 АТ (як представлено на Фігурі 7) у ковші канатного екскаватора, в якому здійснювали ці випробування, для оцінки зношування за точно таких самих умов.
Зуби ковша риють матеріал у кар'єрі і, таким чином, зазнають зношування. Новий зуб представлено на Фігурі 5. Зношений зуб представлено на Фігурі 6.
Для кожного прикладу втрату маси вимірюють шляхом зважування кожного зуба до та після застосування. до втрати маси - ((кінцева маса - початкова маса) / початкова маса) х 100
Показник продуктивності визначають, як зазначено нижче, причому втрата маси контрольного зразка є середньою втратою маси зубів згідно з документом 05 8,999,518 В2.
РІ « середній 95 втрати маси контрольних зразків / середній 95 втрати маси випробуваних зубів
Вищезазначений показник продуктивності 1 означає, що випробуваний зуб є менш зношеним за контрольний зразок, менший за 1 означає, що випробуваний зуб є більш зношеним за контрольний зразок.
Показник продуктивності у наведених вище прикладах представлено у Таблиці В.
У цьому разі через жорсткі умови неструктурований контрольний матеріал зміцнення існуючого рівня техніки пошкоджується щебенем, тоді як конструкція ТПМП дозволяє суттєво поліпшити стійкість до зношування без ламання.
Без прив'язування до будь-якої теорії вважається, що: - поліпшені характеристики Прикладу 8 порівняно з існуючим рівнем техніки може пояснюватися зовсім іншим плануванням гіроїдальної структури ТПМП та зміцнення, починаючи від поверхні зуба, без її пошкодження. - поліпшені характеристики Прикладу 7 порівняно з Прикладом 8 можуть пояснюватися поліпшеними властивостями карбіду титану, який було попередньо просочено залізом перед литтям, порівняно з менш контрольованою пористою формою просоченого на місці карбіду титану. - поліпшені характеристики Прикладу б порівняно з Прикладом 7 можуть пояснюватися ще кращими властивостями карбіду титану - металевого композиту завдяки етапові гарячого ізостатичного пресування. - поліпшені характеристики Прикладу 5 порівняно з Прикладом б можуть пояснюватися загальновідомою перевагою стосовно зносостійкості композиту карбіду вольфраму - кобальту над композитом на основі карбіду титану, який має меншу густину і є значно дешевшим.
Таблиця В
Документ
Зрізана піраміда з Приклад 5 | Приклад 6 Приклад 7 |Приклад 8 Можливе прямокутною основою з - центральним перфорованим , , велика основа: отвором діаметром 15 мм Велика основа: 160х100, мала основа: б0х35, 150х90, мала висота: 195 основа: 50х25, висота: 190
Гранули від 1,4
Геометрична форма о. о. о. о. до4 мм у зміцнення Проїдальна | Гіроїдальна | Гіроїдальна Проїдальна, ерфорованому контейнері
Розмірблокакомірок(мм) | (25 | 25 | 20 | 20 | - . Змінна від 2 | Змінна від 2 | Змінна від 2 | Змінна від
Товщинестномю дви | дев дол здо кренети ГЕ ЕВ комірки / вставки 18с, 18а 18с, 18а 194 19с, 194
Порожнини комірок решітки
ТПМП або макроскопічна 74 95 74 95 56 95 56 90 45 95 7 пористість (") зміцнення (95)
Мікропористість матеріалу 259057 решітки ТПМП (стінки 1 96 1 96 1 95 51 95 (просочування комірок) або гранул ( на місці
Склад сировини для Тіс: 75 ге: . . . виготовлення вставки МУС: 88 Со: 19,5 Мп: 4,0 | ТІС: 39 сталь тіС: 86 |Ті:63С:15 Ге: о 12 Мі: 1,0 Мо: 4140: 61 Ті: 14 22 (мас. 90) 0 5 матеріалу (г/см)
Маса зміцнення перед 5657 2147 4218 1610 2034 заливанням (4)
Тип керамічних частинок у . . . зміцненій частині воль дрему погану Карбід титану погану Карбід титану зношуваної деталі
Розрахункова маса твердих частинок у зміцненні після 4978 1610 1645 1658 1587 заливання (г)
Об'ємна пропорція твердих частинок у включеній до о о о о о феросплаву решітці ТПМП во т 82 тв 50 зе 49 6 50 зе або гранулах С)
Загальна об'ємна пропорція твердих частинок у 21 95 21 95 21 95 21 95 27 90 зміцненій структурі
Показник продуктивності ее ВВ МК «ВЗ ПК ж. ОО її май ни ще ий Ух до З М Же х Я я ви Сб
ЛіпкНонВ Позерхня Неовтуов Р-поверхня
Фіг. о ОХ деох У со «й
ВХ МОЯ А кі 552 (- -
Б. о Ії "БУ, вве» і вроїлальна о пе
Фіг. 2 ча де Ї Меечаннаннх 4
Гіроігаьн що щ
Фіг. З
Фіг. 4 «Фіг. 5
Кл х «Кк за о ВВ во . и МИНЕ ХХ
ОО З
Фа АКє .
ВХ КК ТЯ їх Кос ОО І
Фіг. 6 ше й ІК "Шк йо до Же Ж Ах -х м Ж т те до хх Е х я ої й й кЯ ж Х
Ж Ка КУ о а о
КЗ І ва р ж - У Я б лю я шк
От и ин
М Ж ї Ех як ше
ЕЕ Си
Ех о: я
Р Же й в
ОН
«М же п «ріг. 7 кое, я 5 Кт 2 Ку А т
ОК мя ве ІК сор ко я к йо їх Зх
ЯК дю
МЕЖ и ча х
ШК и бок є. . «МТК ші ще т
Фіг. 8
Фіг ох
Фіг. 10 ма. и .
Фіг. 11
Фіг. 12 / ох
Ж «У / м у , КК и
Фіг. 15 й Фіг. 14 І аю і «ріг. 15 І і Фіг. 15 і у
Фіг. 17 с
ПЕ ТУ ни шк и МУ 0. і, ож ТЕ в хо с в ки их Мн тя ит Я
Ме У Яд я Зм ня п ке ШЕ КЕ а ож Сх нки ПМК
М Ен КАК, ЕКОН
У Гу ЕН
ВХ бе В не ОК
ПЕВ ХХ ою В СОЯ вх пе Ба ши ших яю Кох т о с Я 7 ВО
ДЕН сни М ПК ОКО
ЕК ЖЕ ї к Мн ж
КЕ Хо 3 с
ПИ же я КК пе
СЕШЕННК дти ОККО о
ПИШИ Ко ті с
ПЕШИИШЕ як ох с пня Ж ко нс
ШЕ ще ДЕКАН пе ння Жоя . с
ШЕ, х жк Х с
ПЕВ ж
ПИШИ, о Ко с
ЕК ОК ПИ сс. с
Ьь«.. ...ББ ї с НЕ
Не с с с шия екю ЖИ ШЕ ж. ї С с Бо о жжкК Я а хай Хом ча СІШЕ у моху доки СНД пе дя кх і ОВЕН о - Хм ху кхех ПК
По є Во, х кА ВА Я по Хома о М КЕНЕ
АХ їж сей Ух о пи лох х Б я п км Хек У ЗЕ Мн
КН Я КУ і ен
ПЕКИ ще с Ху па ЕВ по ОО о вен
ШЕ З Зх У МО по З -осс є Ме х -е
ПЕН х Кок ке ОО п Ж с у ж рОССосоо 4 с
ПЕН, БУХ с і (6 оДФ..КоБ.М.ЬКуБ.( КЕ с І
МОМ ТЕ
ПИШЕШИИШИИИИИИИИИИИ
ШИНИ
Фіг. ї10ь ох НН.
ЕН ІНК Я с ре с ох би НУ ЕЕ а КК НЕ о (й с ж о дія КО
НК щ се
Пи екю КОКО шо Ж ж.
ОК Де - МЕ о; Етух ех
ПИ 3 СЯ ї дет о
В Кк. КО нн мо Є шо пи я МО ше Ходжу КК КЕН
Я Е я
ШИН ки 5.
НК : МКК ЕЕ
МУ с
Повне ї с
ПИВ дк шо
ОК ПАК ооо
ПЕ у ї пс
Кн Х ши с
ПН у с
ШИНИ У я 5 ОО пня Кк с
ШИИНННННннх У, с
ШЕННЯ Х с
ШИНИ ох нс
ШИНИ м ООМКНККЯ с - З с с с
ШК, с її ооо о с с о о(о(о0о0о0оЦоЦ(Ц(Ц(Ц( с ях шия ПЕ
ПИПИШИШИТИИИИМИКИ: се я
Фіг. Лас с с 0: НН
ПЕ ФК и пе с Ф (|і в КО будете ие.
АК Ж
МЕ Міли Хо А се я б несу нн КО
ШЕ Сх де км До МКНИ
Пеня УК нео Мостнтхкю Де
ПЕ ані З Ко ди . оо: ех Ж юну ки М ше До еХ Хо ден те Ка КЕ
ПЕК К.М Кий вк МО
Пеня ТУ хх я. Х ЕКОН
ОВ А Кон КОЖ од СКК
КЕН кн я М пе В ви ОК -х ОО
КЕЕвя а: КОКО Ко с
ПН З: суден МОХ КН ПЕН
ЕНН ОК Б с
КО ПЕНКТ В ВТК ИН ЗО ех ХХ ПНЯ М Ес
МеВ Ко КК В що М. пе КК Ж 0.
Оу З: шо. с о с с о с сріг. 184 г. ло й є я в «А шпс п Ко т и в САМ рос дою ТЕ дев С НЕ 000 ОК о 0: пт и ККУ нн ме ом я КЕ ше Ж рт ну КЕ
ПН п А 51 я дих х еВ ох Шум кА КЕ -х Я 00 юн х Ма:
Ах их Ме й вик пер ЖЕ КО
ШЕННЯ лавини хх КК ПК ОО
ПЕК З Яру Же с: о -
ШИН м ХК ж , С:
КИНЕ чия ик З ях Я Я
ШЕННННК т вд, каш ши у Ех ях Пе ЕЕ
Ж с у ЖЖ Но
ШЕ, зесх пе Х п
ШВ, Чежее Хо Хо с
Ше Мекку хек с
ЩО пив ве о шк сучтдмх шХ с
ВЕ сб В 0: с що с с о
Ми ТЕ
Фіг. 19а с
М с ша
ПИ А хе
Кв А я ПК ПОН ЕНН 0 МК Ах
Кн ОК, мук в пох ЗУ пооеу МЕ
ПеНЕ ОВ ех «В т ох Ох ХК 0000 ща
Пи дю 00 ую ДК
Пенн ЗО у, . шо. Я КИ
Ох се с оо ожекх В Хо ОКО пи ще з у ча са М
КЕ, я КЕ ше
На ськ ХМ до я
ПН беж ко, ОВ» ще нн пок ех Зоо Коха с
ША Зак Зо с
ШШНННни х ехУВ с о вчу Же с
ШИНИ х що КО я
Пк, Ех с
У я с
ПІ ок 0. вк З ЕЕ с п. о о те шо ТЕ
ШЕПИНННННН ни це
Фіг. 1аБ
ПЕШПИИИНИИ Кене
ПЕН М и:
ПИННННННН НН ОКО ВЕ
ЕНН ОКОМ юЮЕ
НН Хо МОЖ ШИ
Ен Мн
ПЕН нн ж и Я
ПО Кк КЕ
ПЕН М0окялеєку Ки в КИ
ВЕН шк. ОК и КК си МИС В МУ ЗК
В х дн Ме
ПЕН ох с в Ву
МЕ ВОК м МОЖЕ
ПИННННННН ям Я
Кн оо Я
ПЕН о еко
ПН ФО пн Є ОК ее
ПИШЕ В їх В я
ЕН о ВК
ШЕ. х ОО
ПЕ Зо, КК
ШИЯ ОА
ТЕЖ ЗК
ШКО КК ння т. Ка Же НК и
КЕ Я АВК я
МИ ВН ння
МО
ПЕ КВН НЕ ши
ПИИТИИНКИММИНИН НИМИ ИН ИН ИИ НИМИ
ЕНН СДН НН ння и пошану
КН дян В ОА див, ОН шини ту Ен КК ОДИН:
ШИ и В Ко КО
ШИН дик ст че У ОО У КИ
ШК З т МК ВЕ
Ше ж тю я «КИНЕ
ЕЕ. ит й ОК ди КК о о ЕД У ТОЖ
ШЕ и В АК
М В В Ж ЕК
ВЕК ОВ ЖК ВК
Ме З З я Ка КОКО
ША А ВК ще ОХ ко у в нн з ЗЕ КО
В й. а пе о КОЖ КК ня шини КК я
ШИПНИНИНННН нн НЕ че
К «| У с : й зе . Кв сх : ОПП ШШИИИКИ щ хо с с ОКХ х -
ДОКИ С ПОКИ ННН я х. ій Я сх ОЕМ с. с
З ХК с п ще й ЗХ ЕК Со :х : п б. с - і о
У с КК 0
С що - й А се
В я
Фіг. 20 й Фіг. 21

Claims (15)

1. Зношуваний компонент з ієрархічного композиту, який включає зміцнену частину, причому вищезгадана зміцнена частина включає зміцнення у вигляді керамічної решітчастої структури тричі періодичної мінімальної поверхні, причому вищезгадана структура включає множину блоків комірок з поверхнею, що має практично безперервну кривизну у будь-яких точках структури, не лише у межах окремої комірки, але й у місцях з'єднання між двома окремими комірками, причому вищезгадані блоки комірок включають порожнини та мікропористі керамічні стінки комірок, причому мікропори стінок комірок включають литий метал або литий метал та спечений метал, причому керамічна решітчаста структура є включеною в безперервну в обидва боки структуру з матрицею з литого металу, де матриця з литого металу є феросплавною матрицею.
2. Зношуваний компонент з ієрархічного композиту за п. І, який відрізняється тим, що решітчасту структуру тричі періодичної мінімальної поверхні вибирають із групи, до якої належать гіроїдальна, лідиноїдна, поверхня Неовіуса, Р-поверхня, ромбоїдальна (0- поверхня) та І-М/Р або їх комбінації та похідні.
3. Зношуваний компонент з ієрархічного композиту за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що розміри блоків комірок становлять від 10 до 60 мм, в оптимальному варіанті - від 15 до 50 мм, товщина стінок комірок становить від І до 15 мм, в оптимальному варіанті - від 2 до 10 мм.
4. Зношуваний компонент з ієрархічного композиту за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що концентрація керамічного матеріалу у межах зміцненої частини отримується шляхом зміни товщини стінок комірки та/або розміру блока комірок на відрізку зміцненої частини.
5. Зношуваний компонент з ієрархічного композиту за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що керамічний матеріал вибирають із групи, до якої належать карбіди, бориди та нітриди металів або їх комбінації.
6. Зношуваний компонент з ієрархічного композиту за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що керамічний матеріал вибирають із групи, до якої належать карбіди титану, карбонітрити титану; карбіди титану-хрому, бориди титану та карбіди вольфраму.
7. Зношуваний компонент з ієрархічного композиту за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що матриця з литого металу є феросплавною матрицею, яка включає сталь або чавун.
8. Зношуваний компонент з ієрархічного композиту за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що спечений метал, присутній у мікропорах стінок комірок, вибирають із групи, до якої належать титан, вольфрам, хром, сталь та чавун або їх комбінації.
9. Зношуваний компонент з ієрархічного композиту за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що концентрація керамічного матеріалу в решітчастій структурі становить від 30 до 90 об. 90, в оптимальному варіанті - від 40 до 80 об. 90.
10. Зношуваний компонент з ієрархічного композиту за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що концентрація керамічного матеріалу у зміцненій частині становить від 5 до 50 об. до, в оптимальному варіанті - від 10 до 40 об. 95.
11. Спосіб виробництва зношуваного компонента з ієрархічного композиту за будь-яким з пп. 1-10, який включає такі етапи: адитивне виробництво керамічної решітчастої структури геометричної форми тричі періодичної мінімальної поверхні через порошкову суміш, яка включає керамічні частинки; принаймні часткове спікання керамічної решітчастої структури;
позиціонування керамічної решітчастої структури у виливниці; лиття феросплаву для одержання зміцненого зношуваного компонента з ієрархічного композиту за п. 1.
12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що етап принаймні часткового спікання зміцнювальної керамічної решітчастої структури включає майже повне просочування мікропористих стінок комірок вищезгаданої структури металом, вибраним з групи, яка складається з титану, вольфраму, хрому, сталі та чавуну або їх комбінації, перед позиціонуванням у виливниці та кінцевим литтям.
13. Спосіб за п. 11 або 12, який відрізняється тим, що після етапу принаймні часткового спікання здійснюють етап гарячого ізостатичного пресування або наступного просочування.
14. Спосіб за будь-яким з пп. 11-13, який відрізняється тим, що етап адитивного виробництва зміцнювальної керамічної решітчастої структури на основі геометричної форми тричі періодичної мінімальної поверхні є адитивним виробництвом із застосуванням технології струменевого нанесення зв'язувальної речовини (ріпдег |е) з наступним отвердженням зв'язувальної речовини при температурі понад 150 "С або технології злитого шару.
15. Спосіб за будь-яким з пп. 11-14, який відрізняється тим, що порошкова суміш включає керамічні частинки, що мають розмір Ю»5о від 1 до 150 мкм, в оптимальному варіанті - від 5 до 100 мкм, виміряний із застосуванням технології лазерної дифракції.
Те ргезепі іпуепноп 15 геіатей (о Шегагспіса! сотровіе ууеаг сотропепі сотргівіпе а геіпіогсей рагі, ваїд геіпіогсей ратгі сотргівіпе а геіпіогсетепі ої а шріу реподіс тіпіта! зигіасе сегатіс Іашсе вітисште, 5аїд вітисіште сотргівіпе тийріе сеї! ипії5, заїд се! ипії5 сотргівіпе уоїд5 апі тісго-рогои5 сегатіс сей хуа!5, Фе тісго-рогев5 ої Ше сеї! хуа!5 сотртівіпе а віпіег тега ог а саві тета!, фе сегатіс Іайісе зітисште беіпе етбейдей іп а Бі-сопипиои5 5їгисішге хуй а саві тега! тах.
UAA202302745A 2020-12-10 2021-11-25 Зношувана деталь з ієрархічного композиту з конструкційним посиленням та спосіб її виробництва UA130416C2 (uk)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20213121 2020-12-10
PCT/EP2021/082918 WO2022122393A1 (en) 2020-12-10 2021-11-25 Hierarchical composite wear part with structural reinforcement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA130416C2 true UA130416C2 (uk) 2026-02-11

Family

ID=73793090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA202302745A UA130416C2 (uk) 2020-12-10 2021-11-25 Зношувана деталь з ієрархічного композиту з конструкційним посиленням та спосіб її виробництва

Country Status (15)

Country Link
US (2) US12365969B2 (uk)
EP (1) EP4259362A1 (uk)
JP (1) JP7846703B2 (uk)
KR (1) KR20230118596A (uk)
CN (1) CN116829358A (uk)
AU (1) AU2021394485A1 (uk)
CA (1) CA3202076A1 (uk)
CL (1) CL2023001520A1 (uk)
CO (1) CO2023008429A2 (uk)
JO (1) JOP20230126A1 (uk)
MX (1) MX2023006918A (uk)
PE (1) PE20232021A1 (uk)
UA (1) UA130416C2 (uk)
WO (1) WO2022122393A1 (uk)
ZA (1) ZA202305607B (uk)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12550298B2 (en) * 2021-11-15 2026-02-10 Ricoh Company, Lid. Heat sink and method of manufacturing same, heat exchanger, and gyroid structure component and method of manufacturing same
EP4299316A1 (en) 2022-07-01 2024-01-03 Magotteaux International S.A. Metal matrix composite grinding ball with structural reinforcement
WO2024077380A1 (en) * 2022-10-11 2024-04-18 Maleksaeedi Saeed Method and system for fabrication of multi-material components
EP4368312B1 (en) * 2022-11-10 2026-04-29 Sandvik SRP AB Method of making a cemented carbide based composite article and cemented carbide article thereof
CN115821096B (zh) * 2022-11-30 2023-08-18 山东硕源工业机械设备有限公司 一种陶瓷高铬合金基耐磨复合材料的制备方法
EP4720783A1 (fr) * 2023-06-01 2026-04-08 Rolex Sa Composant horloger léger et robuste
KR102733266B1 (ko) * 2024-03-26 2024-11-25 한화시스템 주식회사 이종 소재 냉각판과 그 제조방법
CN118404037B (zh) * 2024-04-26 2024-10-25 益阳金能新材料有限责任公司 一种陶瓷颗粒复合合金钢甩锤及其制备方法
CN118851771A (zh) * 2024-07-09 2024-10-29 兰州工业学院 一种周期点阵构型韧性陶瓷复合材料及其制备方法
US20260055583A1 (en) * 2024-08-22 2026-02-26 Caterpillar Inc. Self-sharpening ground engaging tools
CN118699335B (zh) * 2024-08-29 2024-10-29 中北大学 一种内嵌传感器的智能金属零件的挤压铸造方法
CN119282142B (zh) * 2024-10-22 2026-02-13 西北工业大学 一种各向同性Ti2AlNb/TiAl基互穿复合材料的制备方法

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3785801A (en) 1968-03-01 1974-01-15 Int Nickel Co Consolidated composite materials by powder metallurgy
US3623849A (en) 1969-08-25 1971-11-30 Int Nickel Co Sintered refractory articles of manufacture
SE399911C (sv) 1976-02-05 1980-02-18 Sandvik Ab Slitdetalj med hog slitstyrka och god hallfasthet, sammansatt av hardmetall och gjutjern
DE3315125C1 (de) 1983-04-27 1984-11-22 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen Verschleissbestaendiger Verbundkoerper und Verfahren zu seiner Herstellung
JPH01289558A (ja) * 1988-05-13 1989-11-21 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐摩耗用金属セラミックス複合材およびその製造方法
US5066546A (en) 1989-03-23 1991-11-19 Kennametal Inc. Wear-resistant steel castings
US5204055A (en) 1989-12-08 1993-04-20 Massachusetts Institute Of Technology Three-dimensional printing techniques
KR100860249B1 (ko) 2001-12-04 2008-09-25 마고또 앵떼르나씨오날 에스.에이. 개선된 내마모성을 갖는 주조 부품 및 그 제조 방법
US8679207B2 (en) * 2006-03-30 2014-03-25 Komatsu Ltd. Wear resisting particle and wear resisting structure member
JP5475213B2 (ja) 2006-08-03 2014-04-16 エイアイエイ・エンジニアリング・リミテッド 改良された耐摩耗性金属部品及びその製造方法
US8147980B2 (en) * 2006-11-01 2012-04-03 Aia Engineering, Ltd. Wear-resistant metal matrix ceramic composite parts and methods of manufacturing thereof
US10040216B2 (en) 2007-04-04 2018-08-07 The Exone Company Powder particle layerwise three-dimensional printing process
BE1018128A3 (fr) 2008-09-19 2010-05-04 Magotteaux Int Cone de broyage pour concasseur a compression.
BE1018130A3 (fr) 2008-09-19 2010-05-04 Magotteaux Int Materiau composite hierarchique.
BE1018129A3 (fr) 2008-09-19 2010-05-04 Magotteaux Int Impacteur composite pour concasseurs a percussion.
US8839887B2 (en) * 2009-03-13 2014-09-23 Smith International, Inc. Composite sintered carbides
CN102482862B (zh) * 2009-05-29 2015-03-18 麦塔洛吉尼亚股份有限公司 耐磨性增强的耐磨部件
US8834786B2 (en) 2010-06-30 2014-09-16 Kennametal Inc. Carbide pellets for wear resistant applications
CN102225469B (zh) * 2011-06-07 2013-01-09 南通高欣金属陶瓷复合材料有限公司 陶瓷网格增强金属耐磨复合材料及制备方法
EP2606996A1 (en) 2011-12-23 2013-06-26 EPoS S.r.L. A method for sintering metal matrix composite materials
US9649686B2 (en) * 2012-02-22 2017-05-16 General Electric Company Casting preforms and methods of use thereof
CN102912173A (zh) 2012-09-17 2013-02-06 三一重工股份有限公司 一种耐磨件、陶瓷金属复合材料及其制备方法
CN103317122B (zh) 2013-07-05 2015-08-26 昆明理工大学 一种钢铁基复合材料、制备方法及其装置
CN104235237B (zh) * 2014-05-09 2017-05-10 石家庄东大汇通新材料有限公司 碳化硅泡沫陶瓷/铝合金复合材料制动盘及制备方法
GB2540205A (en) * 2015-07-10 2017-01-11 Nov Downhole Eurasia Ltd Structures Fabricated Using Foam Elements
MX2018005895A (es) 2015-11-12 2018-08-28 Innerco Sp Z O O Composicion de polvos para la fabricacion de insertos de fundicion, los insertos de fundicion y el metodo de obtencion de zonas locales compuestas en piezas de fundicion.
CN106001561B (zh) 2016-06-03 2018-10-23 广东工业大学 一种多级复合金属陶瓷、其制备方法及盾构刀具
CN106378239B (zh) * 2016-09-12 2018-07-17 山东科技大学 一种带有菱形耐磨格栅的球磨机衬板的制备方法
CN108212338A (zh) 2016-12-14 2018-06-29 青岛美璞精工机械有限公司 一种复合耐磨部件
US11642841B2 (en) 2017-10-13 2023-05-09 Ut-Battelle, Llc Indirect additive manufacturing process
CN108396165B (zh) 2018-03-26 2020-09-25 昆明理工大学 一种三维壳层陶瓷骨架-金属基复合材料及其制备方法
CN108380850B (zh) 2018-03-28 2020-03-17 昆明理工大学 一种陶瓷颗粒多尺度增强金属基复合耐磨耙齿齿头及其制备方法
EP3563951A1 (fr) 2018-05-04 2019-11-06 Magotteaux International S.A. Dent composite avec insert tronconique
WO2020014668A2 (en) 2018-07-13 2020-01-16 Desktop Metal, Inc. Infiltrated structures having graded macro-porosity
CN109516789A (zh) 2018-11-07 2019-03-26 三峡大学 一种基于Gyroid曲面的多孔氧化铝陶瓷的制备方法
CN109516809A (zh) 2018-11-07 2019-03-26 三峡大学 一种基于i-wp曲面的铜碳化硅复合材料的制备方法
CN109516788A (zh) 2018-11-07 2019-03-26 三峡大学 一种基于diamond曲面的铜/氧化铝复合材料的制备方法
US20200171753A1 (en) 2018-11-29 2020-06-04 Mrl Materials Resources Llc Additively-manufactured gradient gyroid lattice structures
CN109396396B (zh) 2018-12-26 2021-11-16 广东省科学院新材料研究所 一种铁基复合磨球及其制备方法
US11254617B2 (en) 2019-01-09 2022-02-22 Ut-Battelle, Llc Indirect additive manufacturing process using amine-containing adhesive polymers
US20200384580A1 (en) 2019-06-04 2020-12-10 Kennametal Inc. Composite claddings and applications thereof
CN110615672A (zh) * 2019-08-14 2019-12-27 中材高新材料股份有限公司 一种陶瓷预制体及其制备方法、陶瓷耐磨结构及耐磨件
CN110744031B (zh) * 2019-08-14 2022-04-15 中材高新材料股份有限公司 一种三维网络陶瓷骨架的金属陶瓷耐磨材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CL2023001520A1 (es) 2023-10-30
AU2021394485A1 (en) 2023-06-15
US20250059633A1 (en) 2025-02-20
JP7846703B2 (ja) 2026-04-15
WO2022122393A1 (en) 2022-06-16
JP2024502902A (ja) 2024-01-23
PE20232021A1 (es) 2023-12-19
CO2023008429A2 (es) 2023-07-21
CA3202076A1 (en) 2022-06-16
US12365969B2 (en) 2025-07-22
JOP20230126A1 (ar) 2023-06-05
US20240035124A1 (en) 2024-02-01
KR20230118596A (ko) 2023-08-11
MX2023006918A (es) 2023-06-26
CN116829358A (zh) 2023-09-29
ZA202305607B (en) 2025-03-26
EP4259362A1 (en) 2023-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
UA130416C2 (uk) Зношувана деталь з ієрархічного композиту з конструкційним посиленням та спосіб її виробництва
EP1860084B1 (en) Method of making metallic composite foam components
US5027878A (en) Method of impregnation of iron with a wear resistant material
KR102723088B1 (ko) 복합재 마모 구성요소
CN109311091A (zh) 金属陶瓷或硬质合金的三维打印
JP7354289B2 (ja) インサイチューで製造され、炭化タングステンで強化された合金基の複合材料とその製造方法
KR20250027627A (ko) 구조적 강화재를 갖는 금속 기지 복합재 분쇄 볼
JP2024536825A (ja) 複合摩耗部品
Sahoo et al. A state-of-the-art review on manufacturing and additive influences on sand-cast components
WO2009015642A2 (de) Hartstoffkörper für formgussteile und verfahren zu seiner herstellung
KR20250029022A (ko) 금속 기지 복합재 분쇄 볼
RU2840276C1 (ru) Иерархическая композитная изнашиваемая деталь со структурным армированием
RU2853502C2 (ru) Композитная изнашиваемая деталь
RU2779482C2 (ru) Композитный изнашиваемый компонент
JP2022091435A (ja) 易切削性金属基複合材料及び易切削性金属基複合材料の製造方法