Способ изготовления горячедеформированных порошковых материалов

 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения горячедеформированных порошковых материалов на основе стружковых отходов алюминиевых сплавов. Предложен способ получения горячедеформированных порошковых материалов, включающий механическое легирование шихты на основе алюминия углеродом в высокоэнергетической мельнице в течение 0,3...1,8 ч, при содержании углерода в шихте М_гр=1,1...2,8 мас.%, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением. В качестве исходного материала используют “стружковый” алюминиевый порошок. Техническим результатом является достижение уровня механических свойств, достаточного для использования получаемых материалов в качестве конструкционных.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при получении горячедеформированных порошковых материалов на основе стружковых отходов алюминиевых сплавов.

Известен способ изготовления горячедеформированного материала (Введение в алюминиевый порошок упрочняющих фаз. /Л.У.Котиева, В.В.Павлова, Н.Л.Галетова и др.// Цв. металлургия. - 1986 - №4. - С.35-36), включающий обработку алюминиевого порошка (т) АПС-1 (фракция 45-80 мкм) насыщенным водным раствором ортоборной кислоты (ж) т:ж=1:1 с добавлением углерода в виде ламповой сажи М=4 мас.%; сушку порошка до постоянной массы при температуре 125°С; перемешивание полученной шихты для равномерного распределения всех компонентов в вибрационной мельнице в течение τ=2 ч; обжиг при 300°С; горячее прессованием в две стадии с медленным нагружением при 436°С (1 стадия) и 473°С (2 стадия); обжиг брикета при температуре 520°С; прокатку брикета на шины.

Данный способ характеризуется высокой стоимостью исходных материалов, связанной с использованием порошка алюминия и сложностью процесса и из-за отсутствия предварительного формования заготовки, а также характеризуется низкой производительностью процесса, связанной с двухстадийным горячим прессованием.

Наиболее близким техническим решением (Einflub der Herstellungsbedingungen auf die Eigenschaften von dispersionsverfestigten Al-Аl₄С₃ Werkstoffen. /J.Scha-lunov, M. Slesar, M.Bestersi, H.Oppenheim, G.Jangg.// Metall. - 1986. Vol. 40, №6. - P.601-605) является способ получения горячедеформированного материла, включающий механическое легирование алюминиевого порошка со средним размером частиц d_cp=35 мкм с добавкой углерода М=4 мас.% в виде сажи в высокоэнергетической мельнице в течение 40 мин; горячую обработку механически легированной шихты в течение 1 ч, при t=590°С в воздушной атмосфере; формование заготовки, давлением p_xn=680 МПа; ее выдавливание при температурах нагрева матрицы 400°С и заготовки 590°С.

Данный способ характеризуется высокой стоимостью исходных материалов, связанной с использованием порошка алюминия.

Решаемая задача - достижение уровня механических свойств, достаточного для использования получаемых материалов в качестве конструкционных при снижении затрат на исходные материалы.

Задача решается тем, что в известном способе, включающем механическое легирование шихты на основе алюминия углеродом в высокоэнергетической мельнице, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением, причем механическое легирование углеродом проводят в течение 0,3...1,8 ч при его содержании в шихте М_гр=1,1...2,8 мас.%, а в качестве исходного материала используют “стружковый” порошок.

Пример 1. Технология изготовления горячедеформированного материала включает механохимическую активацию стружки алюминиевого сплава Д-16 в течение τ_МХА=3 ч, при содержании насыщенного водного раствора ортоборной кислоты в шихте С_нр=20 мас.% для приготовления “стружкового” порошка, обработку “стружкового” порошка с добавкой углерода М_гр=1,1 мас.% в шаровой планетарной мельнице САНД-1 (диаметр шаров d_ш=10 мм, соотношение масс шаров и шихты S=10:1) при частоте вращения V_вр=290 мин^-1 в течение τ=0,3 ч, последующее формование заготовки (d=12,7 мм), давлением р_хп=120 МПа, нагрев в воздушной атмосфере при t_н=700°С и τ_н=2 мин, горячую обработку давлением с приведенной работой уплотнения w=65 МДж/м³. Полученный горячедеформированный материал имел плотность ρ_гш=2,84 г /см³, предел прочности на срез τ_ср=210 МПа и твердость HRB 60.

Пример 2. Изготовление горячедеформированного материала проводят по следующей технологии: приготовление “стружкового” порошка, обработка “стружкового” порошка с добавкой углерода М_гр=2 мас.% в шаровой планетарной мельнице САНД-1 (диаметр шаров d_ш=10 мм, соотношение масс шаров и шихты S=10:1) при частоте вращения V_вр=290 мин^-1 в течение τ=1,4 ч, последующее формование заготовки (d=12,7 мм), давлением р_хп=120 МПа, нагрев в воздушной атмосфере при t_н=700°С и τ_н=2 мин, горячая обработка давлением с приведенной работой уплотнения w=55 МДж/м³. Горячедеформированный материал имел плотность ρ_гш,=2,84 г/см³, предел прочности на срез τ_ср=250 МПа и твердость HRB 65.

Пример 3. Технология изготовления горячедеформированного порошкового материала: приготовление “стружкового” порошка, обработка “стружкового” порошка с добавкой углерода М_гр=2,8 мас.% в шаровой планетарной мельнице САНД-1 (диаметр шаров d_ш=10 мм, соотношение масс шаров и шихты S=10:1) при частоте вращения V_вр=290 мин^-1 в течение τ=1,8 ч, последующее формование заготовки (d=12,7 мм), давлением р_хп=120 МПа, нагрев в воздушной атмосфере при t_н=700°С и τ_н=2 мин, горячая обработка давлением с приведенной работой уплотнения w=55 МДж/м³, обеспечивая получение горячедеформированного материала с плотностью ρ_гш=2,88 г /см³, пределом прочности на срез τ_ср=333 МПа, сжатие σ_сж=540 МПа и твердостью HRB 72.

Анализ параметров выполнения способа показывает, что динамическое горячее прессование пористых заготовок, сформованных на основе стружковых отходов с добавлением графита, обработанных в планетарной мельнице и нагретых в воздушной атмосфере, позволяет изготавливать порошковые материалы конструкционного назначения и снизить затраты на их изготовление.

Формула изобретения

Способ изготовления горячедеформированных порошковых материалов, включающий механическое легирование шихты на основе алюминия углеродом в высокоэнергетической мельнице, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением, отличающийся тем, что механическое легирование углеродом проводят в течение 0,3-1,8 ч, при его содержании в шихте М_гр=1,1-2,8 маc.%, а в качестве исходного материала шихты на основе алюминия используют стружковый порошок.