КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 23-29-00063
НазваниеПолучение твердосплавных изделий с использованием аддитивных технологий
РуководительДворник Максим Иванович, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук, Хабаровский край
| Годы выполнения при поддержке РНФ | 2023 - 2024 |
КонкурсКонкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-106 - Проблемы механики в проектировании новых материалов
Ключевые словааддитивные технологии, пластик, метод послойного наплавления, твердый сплав, карбид вольфрама, прессование, спекание, пористость, прочность, твердость.
Код ГРНТИ53.39.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Благодаря высоким эксплуатационным характеристикам твердые сплавы (WC-Co, WC-TiC-Co и др.) применяются уже 100 лет и являются в настоящее время наиболее распространенным инструментальным материалом. В последние годы предпринимаются многочисленные попытки производства образцов из твердых сплавов сложной формы методами 3д печати, что позволило бы значительно сократить затраты на создание единичных изделий. Однако получение образцов твердых сплавов селективным лазерным плавлением требует использования дорогостоящих частиц сферической формы. Полученные изделия имеют низкую твердость и прочность из-за высокой пористости и декарбидизации. Изделия, спеченные из заготовок, полученных струйной или гелевой 3D-печатью, 3D-печатью методом наплавления или шликерным литьем в напечатанные на 3д принтере пластиковые пресс-формы обладают низкой плотностью и пониженными механическими характеристиками из-за отсутствия давления при создании заготовок.
Мы предлагаем использовать пресс-формы, полученные 3д печатью методом послойного наплавления, для прессования в них заготовок из гранулированной смеси твердого сплава и связующего, которая используется в обычной технологии производства твердосплавных изделий. Такой подход позволяет достичь необходимой плотности заготовок и изделий и удешевить производство прототипов. Полученную заготовку можно спекать по обычной методике в вакуумных печах или под давлением. Предлагаемая методика позволит получать изделия сложной формы с криволинейными поверхностями и внутренними полостями, без потери качества. Отдельным достоинством применения пластиковых пресс-форм является возможность их полного удаления плавлением или растворением. Можно будет создавать детали твердосплавных пресс-форм, режущие пластины, турбины, цельные твердосплавные инструменты, сердечники бронебойных снарядов, буровые коронки и трущиеся детали сложной формы с использованием существующих технологий без необходимости закупать дорогостоящее оборудование и специальные порошки.
Впервые будет применено прессование при получении твердосплавных изделий с применением аддитивных технологий, что позволит снизить пористость и получить высокие механические характеристики.
Для этого необходимо исследовать возможности получения таких изделий с требуемыми свойствами при использовании пластиковых форм. Несмотря на низкую прочность (около 75 МПа) и жесткость (около 1.1 ГПа) широко применяемых в 3д печати пластиков в работе будет обеспечено достаточное для прессования твердосплавных порошков давление прессования (100-400 МПа) за счет использования эффекта всестороннего сжатия и заключения пластиковой пресс-формы в стальную оболочку.
Будут определены максимальные нагрузки для разных видов пластика. Будут определены плотности заготовок в зависимости от состава и условий прессования в пресс-формах, полученных 3д печатью. Планируется проведение оценки неравномерности распределения давления по объему заготовок сложной формы при прессовании. Будут определены величины деформации пресс-формы при прессовании и усадки заготовок при спекании. Планируется получение резца и фрезы и исследование их механических и эксплуатационных характеристик.
Цель работы – разработка методики производства твердосплавных изделий сложной формы с использованием пластиковых пресс-форм, полученных методом послойной наплавки которые бы не отличались по составу структуре и свойств от изделий получаемых современными методами в промышленности.
Ожидаемые результаты
В работе планируется провести весь комплекс исследований по получению пресс-форм методом 3д печати, прессованию, спеканию, исследованию физико-механических и эксплуатационных характеристик полученных изделий.
Будут исследованы максимальные нагрузки выдерживаемые пуансоном и матрицей пластиковых пресс-форм, полученных с помощью аддитивных технологий, при прессовании гранулированных смесей порошковых твердых сплавов.
Впервые будут исследованы плотности заготовок, сделанных с использованием форм, полученных методом 3д печати, в зависимости от давления пуансона и содержания пластификатора в смеси.
Впервые будут исследованы микроструктура и свойства изделий, полученных после спекания в вакуумной печи. Планируется определение пористости, прочности, твердости и вязкости разрушения полученных изделий.
Планируется получение режущей пластины и фрезы из твердых сплавов с высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ