Способ экструзии частиц из сплавов цветных металлов

 

Изобретение относится к порошковой металлургии. Сущность изобретения: осуществляют экструзию частиц с недопрессовкой 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера. Частицы подогревают до температуры 0,35-0,5 температуры их плавления , а стенки контейнера и недопрессовку - до 0,7-0,8 то же температуры, подают порошок шнеком в контейнер, а затем доуплотняют их совместно с экструзией недопрессовки в условиях градиента температуры по длине. 3 табл,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)з В 22 F 3/02, 3/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4892615/02 (22) 29,11.90 (46) 23.02.93. Бюл. ¹ 7 (71) Научно-производственный и ремонтностроительный кооператив "Алко" (72) Б.А.Арефьев, В.В.Кулешов, В.M.Ïàíîâко, Л.Л.Симонов и А.С.Шиканов (73) Научно-производственный и ремонтностроительный кооператив "Алко" (56) РЖ Металлургия, 4Е27П, 1989 r, (54) СПОСОБ ЭКСТРУЗИИ ЧАСТИЦ ИЗ

СПЛАВОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к способу производства полуфабрикатов из порошков, и может быть использовано для утилизации стружковых отходов металлов.

При изготовлении методами ОМД полуфабрикатов из порошков металлов и сплавов приемом, усложняющим процесс, является брикетирование. Использование брикетов позволяет повысить плотность и массу заготовок под деформацию и решить

; проблему их подогрева без использования дорогостоящих и нетехнологичнйх оболочек, Однако сам процесс брикетирования, осуществляемый в режиме прессования, .является малопроизводительным, трудоемким и требует дополнительного оборудования. Поэтому известны попытки. создать непрерывный процесс брикетирования, а иногда — объединить его с процессом последующей обработки. Наиболее близким по технической сущности к настоящему техническому решению является способ и устройство для подачи порошка в пресс для

„„. Ж„„1797516 А3 (57) Изобретение относится к порошковой металлургии. Сущность изобретения; осуществляют экструзию частиц с недопрессовкой 0,1 — 0,5 длины рабочей полости контейнера. Частицы подогревают до температуры 0,35 — 0,5 температуры их плавления, а стенки контейнера и недопрессовку— до 0,7 — 0,8 то же температуры, подают порошок шнеком в контейнер, а затем доуплотняют их совместно с экструзией недопрессовки в условиях градиента температуры по длине. 3 табл, экструзии. Согласно прототипу в контейнер пресса с одной стороны устанавливают глухую съемную матрицу, а с другой — вводят шнековый транспортер. при помощи которого контейнер заполняют порошком, 3атем транспортер удаляют, матрицу заменяют и. производят экструзию. Технологические приемы, описанные в прототипе, имеют следующие недостатки:

Поскольку возможности уплотнения порошковой массы шнеком невелики, она дополнительно распрессовывается в контейнере в процессе экструзии, Так как плотность полученного таким образом брикета меняется обратно пропорционально расстоянию от пресс-штемпеля, то затрудняется удаление воздуха. занимающего межчастичное пространство в материале. Это способствует возникновению непроваров, газовых пузырей и повышенного количества кислорода в полуфабрикатах и готовых. прутках. 2.

Применение съемных матриц приводит к необходимости вести процесс без пресс-остатка. Тогда величина противодавления в

1797516 ь=

Р +Р р,+р контейнере до заполнения материалом рабочей полости матрицы определяется только вытяжкой и оказывается недостаточной, что, в конечном итоге, сопровождается ухудшением прочности соединения частиц, особенно — в передних концах заготовок. В совокупности недостатки прототипа снижают качество полученных заготовок, эа счет повышенного загрязнения газами недосгаточной прочности соединения и низкой стабильности свойств по длине.

Цель изобретения — повышение качества экструдированных заготовок.

Для достижения поставленной цели частицы нагревают до 0,4-0,5 абсолютной температуры плавления сплава, подают и уплотняют шнеком в контейнере пресса. стенки которого нагреты до 0,7 — 0,8 абсолютнойй температуры и производят экструзию с недопрессовкой высотой 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера, одновременно доуплотняя и догревая поданные в.контейнер частицы в условиях градиента темпе.ратур. При известных плотностях частиц после уплотнения шнеком (рш) и распрессовки (р), высоту недопрессовки (h) определяют по соотношению где L — длина рабочей полости контейнера.

Экструзия с недопрессовкой необходима для создания постоянного по длине заготовки противодавления, обеспечивающего стабильность свойств. При экструзии без недопрессовки в начальный момент истечения до заполнения материалом рабочей полости матрицы величина противодавления низка и непостоянна во времени, вследствие чего возможно появления различных дефектов, в частности, расслоение переднего конца пОлученного прутка, Высоту недопрессовки (h) выбирают в пределах 0,1 — 0,5 длины рабочей полости контейнера (L) или подсчиТывают из соотношения

Яш р +р

Поддержание определенной высоты недопрессовки необходимо для повышения стационарности процесса,и создания условий при которых процесс уплотнения поданной шнеком в контейнер порошковой массы и выдавливания сформированной в предыдущем цикле и нагретой недопрессовки протекают параллельно и одновременно (совместно). Если недопрессовка имеет высоту h и плотность р, то масса плотностью рш, поданная шнеком в контейнер с рабочей полостью длиной L, имеет высоту L — h. Тогда условие равенства масс hg = (L — h) рш приводит к выражению

Плотность р слабо зависит от реологии порошковых частиц, определяется целиком давлением экструзии и составляет 0.9-1,0 абсолютной плотности. Плотность p>,наоборот, существенно зависит от реологии «а"5 стиц (чешуйки, осколки, сферы) и технологических параметров (состав сплава и его сопротивление деформации, температура, тип и конструкция шнека и т.п,). Практически рш меняется от 0,1 теоретической

20 для чешуек при достаточно низком давлении пресса до 1 О. если шнек может развить бескойечно большие давления. Тогда диапазон высот недопрессовки изменяется от минимума (npN p= рма»с = 1, Рш = Рмин = 0,1)

25 до максимума (при p = рш), т.е. лежит в пределах

0,11:- h 0,5(Температура стенок контейнера (Т») и равная ей температура экструзии выбираются в пределах 0,7 — 0,8 абсолютной температуры плавления (Тол.). Если Т» < 0,7 Тпл, снижается прочность соединения частиц и повышается сопротивление материала выдавливанию, что вынуждает снижать вытяжку при экструзии, еще болев снижая прочность соединения, Если Т» 0,8Тпл резко возрастает склонность к внутренним дефектам и трещинам из-за частичного оплавления легкоплавких составляющих, присутствующих в сплавах, особенно сложного состава. Температуру нагрева частиц (Тц) выбирают в интервале 0,4 — 0,5 Тп. Подогрев частиц перед их подачей в контейнер позволяет повысить плотность при шнековом уплотнении +), сократить продал>кительйость выдержки при догреве в контейнере, а выполнение условия Тц < T„ дает возможность осуществить доуплотнение отрш плотности расспрессовки (о) в условиях градиента температур. Если Тц<0,4 Тдд возрастает сопротивление их уплотнению как при шнековой подаче P ), так и при обжатии прессом (p), В результате уменьшается вес материала. единовременно находящегося в.контейнере и возрастает время догрева, т.е, снижается производительность, Если Тц>О,БТп снижается градиент температур по длине загрузки и ухудшаются

1797516 экструзии использовали горизонтальный гидравлический пресс усилием 12 МН, шнековый транспортер, смонтированный на торце контейнера и муфельную нагревательную печь. Обогреваемый контейнер 15 пресса имеет диаметр 170 мм, общую длину

700 мм, рабочую длину 500 мм.

Пример 1, Сравнение заявляемого способа с прототипом. Достижение цели.

20 состава Cu — 0,05%Zr, размер частиц 0,045—

0,145 мм, получен газовым распылением расплава; б) отходы алюминиевого сплава

Ak5M2 в виде стружки с максимальным размером частиц 5-10 мм. По прототипу мед- 25 ный порошок нагревали до 600 С, загружали шнеком в контейнер с той же температурой и экструдировали с вытяжкой

А = 20. Алюминиевую стружку обрабатывали аналогичным образом при 400 С. По пред- 30

40

50 зии с недопрессовкой, что обеспечивает постоянное по длине прутка противодавление и величину среднего напряжения всестороннего сжатия. б) градиентного нагрева находящейся в 55 контейнере порошковой массы, что активирует направленный газоотвод как при шнековом, так и при доуплотнении. В соответствии с этим снижается остаточная пористость и пораженность прутка газовыми условия газоотвода. В результате возрастает вероятность сохранения остаточной пористости, т.е. снижения качества материала или его стабильности. Совокупность описанных приемов позволяет повысить уровень и стабильность свойств компактных полуфабрикатов, то есть достичь повышения качества.

Все примеры приведены применительно к экструзии частиц меди и алюминия. Для

Объекты исследования; а) медный порошок лагаемому способу экструзию вели с недопрессовкой, и совмещали с доуплотнением.

Частицы перед подачей в контейнер подогревали, а окончательный нагрев и доуплотнение проводили в условиях градиента температур. Параметры технологии по предлагаемому способу приведены в табл.

1.1.

Механические свойства материалов, полученных по прототипу и предлагэемому способу определяли на образцах, вырезанных вдоль оси экструдированных прутков.

Приведенные в табл. 1.2. данные покаЗывают; что-материал, полученный по предлагаемому способу, имеет более высокое качество, выражающееся в повышенных значениях прочности и относительного удлинения и более высокой стабильности, Этот эффект достигается: а) за счет экстру5

10 пузырями, а также возрастает прочность соединения частиц за счет роста эффективной поверхности соединения.

Эти обстоятельства приводят к отмеченному положительному изменению уровня и стабильности свойств. то есть свидетельствуют о достижении поставленной цели, Пример 2. Определение высоты недопрессовки.

Экструдируют с вытяжкой А = 9 стружку из алюминиевого сплава АД1. Температура подогрева частиц 100ОС (0,4 T/Тп,), тем- пература стенок контейнера 430 С (0,75 Т/

Тпп), плотность материала после шнекового уплотнения (Ош) и после доуплотнения (р), определенные в независимых экспериментах: р122 = 0 25 тео етической (0,68 г/см ), з р - 0.96 (2,61 г/см "1. Первая "невопрессовкам высотой 300 мм(Ь/L=0.6) изготавливается в независимом эксперименте. Дальнейший процесс ведут, разделяя специальными прокладками обьемы распрессованного и уплотненного шнеком материала. Высоту недопрессовки измеряют из условия постоянства массы через длину полученного из нее прутка. Результаты эксперимента сведены в табл, 2.1.

Видно, что в условиях произвольно заданной высоты недопрессовки первые сутки, полученные по предлагаемому способу имеют различную длину, что соответствует различной, меняющейся от экструзии к экструзии, высоте недопрессовки и различной высоте и массе материала, подаваемой шнеком в контейнер. При начальной высоте недопрессовки и/L = 0,6 процесс стабилизируется к 5-6 экструзии; при дополнительном повышении hlL или снижении его ниже 0,1, количество экструзий, необходимых для стабилизации процесса возрастает. Процесс стабилизуется, когда экспериментально установленная высота недопрессовки становится равной высоте, подсчитанной по соотношению (1). Следовательно, высота недопрессовки в диапазоне

0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера или равная величине определяемой соотношением (1) обеспечивает максимальную стационарность процесса доуплотнения при одновременно протекаю цих эк:трузии и доуплотнения.

Пример 3. Определение температурных параметров способа.

Объект компактирования: частицы из алюминия марки АД1 в виде резаной стружки размером до 10 мм. Температура плавления материала 993 К, Плотность стружки в свободно засыпанном состоянии =- 0,17.

1797516

Яш

Р +Р

Таблица 1.1

Таблица 1.2

Механические свойства прутков и частиц медных и алюминиевых сплавов. полученных по прототипу и предлагаемому способу плотности Рш (в зависимости от температуры подогрева стружки) и р(в зависимости от температуры стенок контейнера) определяли в независимых .экспериментах, а высоту недопрессовки рассчитывали по со- 5 отношению (1), Результаты экспериментов

Формула изобретения

1. Способ экструзии частиц из сплавов цветных металлов, включающий подачу и уплотнение частиц шнеком в рабочей полости контейнера пресса, доуплотнение их пресс-штемпелем и экструзию, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества, экструзию осуществляют с недопрессовкой высотой, равной 0,1— - 0,5 длины рабочей полости контейнера, а доуплотнение частиц ведут совместно с экструзией в условиях градиента температуры по длине.

2. Способ поп.1,отл ича ющийся тем, что для создания градиента температуры частицы перед подачей в контейнер нагревают до 0.4-0,5 абсолютной темпе(табл. 3.1) показывают, что несоблюдение ограничительных температурных параметров способа (Варианты 1, 4, 5, 8) сопровождается появлением недостатков, исключающих воэможность его использования. ратуры плавления сплава, а температуру стенок контейнера и недопрессовки поддерживают равной 0,7-0,8 температуры плавления сплава, 3. Способ по п,1, отличающийся тем, что высоту недопрессовки определяют иэ соотношения где Рш- плотность частиц после уплотнения шнеком;

Р— плотность частиц после доуплотнения;

L — длина рабочей полости контейнера.

1797516

Таблица 2.1

¹ зкспе имента

Длина прутка из недопрессовки, мм

Высота недопрессовки, h, мм

h/!

453

0,11

104

0,21

1008

118

0,24

0,2

0,21

104

0,21

104

0,21

0,6

Таблица 3.1

Размерность

¹¹ ва ианта

Переменный параметр

0,535

0,4

Ос

ТIТпл

0.45

0,45

0,45

0,45

0,5

0,75

ОС

Т!Тпл

0,75

0,65

0,7

0.83

0,75

0,75

0,8

72 72

72 г/см

Pm г/см

1,1

0,4

2,75

1,0

0,47

0,17

2,48

0,90

0,68

0,25

2,61

0.95

1,22

0,44

2,7

0,98

1,27

0,46

2,72

0,99

1.1

0,4

2,75

1,0

1,1

0,4

2,75

1,0

1,1

0,4

2,75

1,0

0,28 0,28

142 142

10285 10285

0,2

900

0.31

1400

0.32

158

1420 газовые пузырьки в прутке

h/!

h,мм мм

Составитель

Техред M,Moðãåíòàë

Редактор Т. Шагова

КоРРектоР Н. Бучок

Заказ 660 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобрегениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Температура подогрева частиц

Температура подогрева стенок контейнера

Вытяжка при экструзии

Плотность

/загрузки

Г!лотность недопрессовки

Высота недопрессовки

Длина выдавленного прутка

0,16

675 низкая производитель н. дефекты, изза неп рогрева

0,28

142 процесс не идет из-за высокого сопротивления деформации

0,28

142

10285 трещины изза частичнога оплавления