Способ получения горячедеформированных порошковых материалов

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ включает механическое легирование шихты на основе алюминия углеродом в высокоэнергетической мельнице, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением. Шихту на основе алюминия получают механохимической активацией алюминиевого порошка ПА-4 совместно с 18 мас.% порошка кремния в течение 1 ч в насыщенном водном растворе ортоборной кислоты. Горячую обработку заготовки давлением проводят с приведенной работой уплотнения 17-70 МДж/м³. Обеспечивается твердость и механические свойства материала, достаточные для изготовления гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания. 3 пр.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при получении горячедеформированных порошковых материалов Al-Si.

Известен способ изготовления горячедеформированного материала (Einflub der Herstellungsbedingungen auf die Eigenschaften von dispersionsverfestigten Al-Al₄C₃ Werkstoffen. / J. Scha-lunov, M. Slesar, M. Bestersi, H. Oppenheim, G. Jangg. // Metall. - 1986. Vol.40, №6. - P.601-605), включающий механическое легирование алюминиевого порошка со средним размером частиц d_cp=35 мкм с добавкой углерода M=4 мас.% в виде сажи в высокоэнергетической мельнице в течение 40 мин; горячую обработку механически легированной шихты в течение 1 ч, при t=590°C в воздушной атмосфере; формование заготовки давлением p_xn=680 МПа; ее выдавливание при температурах нагрева матрицы 400°C и заготовки 590°C. Данный способ характеризуется высокой степенью окисления легированного порошка в процессе горячей обработки.

Известен способ изготовления горячедеформированного материала (Пат. 2353689 Российская Федерация, МПК C22C 1/05, C22C 21/02. Порошковый композиционный материал и способ его получения [Текст] / Мироненко В.Н., Петрович С.Ю., Черепанов В.П., Окунев С.А., Васенев В.В.; патентообладатель Открытое акционерное общество "Композит" (ОАО "Композит"). - №2006140244/02; заявл. 15.11.2006; опубл. 20.05.2008.), включающий приготовление расплава, содержащего алюминий, кремний, никель, бериллий, и его распыление с получением порошка сплава. Затем осуществляют механическое легирование порошка дисперсными углеродом и кремнием с доведением содержания кремния в материале до 35-46 мас.% в азотно-кислородной смеси с содержанием кислорода 2-8 об.%, дегазацию полученной порошковой композиции в вакууме, компактирование полученной порошковой композиции в вакууме и опрессовку полученных заготовок на прессе 600 тс в течение 3 мин. Данный способ характеризуется высоким содержанием кремния, приводящим к снижению пластичности материала.

Наиболее близким техническим решением (Пат. 2234395 Российская Федерация, МПК7 B22F 7/04, B22F 5/00, B22F 3/14. Способ изготовления горячедеформированных порошковых материалов [Текст] / Дорофеев Ю.Г., Сергеенко С.Н., Безбородов Е.Н.; заявитель и патентообладатель Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). - №2002133978/02; заявл. 17.12.2002; опубл. 20.08.2004.) является 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. Данный способ характеризуется пониженными значениями твердости материала и высокой продолжительностью механической активации, приводящей к повышению стоимостью изготовления.

Решаемая задача - повышение значений твердости, необходимых для обеспечения эксплуатационной надежности гильз цилиндров ДВС при снижении затрат.

Задача решается тем, что способ включает механическое легирование шихты на основе алюминия углеродом в высокоэнергетической мельнице в течение 0,5 ч, при содержании углерода в шихте М_гр=2,8 мас.%, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением, причем шихту на основе алюминия получают механохимической активацией алюминиевого порошка ПА-4 совместно с порошком кремния при его содержании М_кр=18 мас.% в течение τ_МХА=1 ч в насыщенном водном растворе ортоборной кислоты, горячую обработку давлением проводят с приведенной работой уплотнения w=17-70 МДж/м³.

Пример 1. Технология изготовления горячедеформированного материала включает механохимическую активацию алюминиевого порошка ПА-4 совместно с порошком кремния при его содержании М_кр=18 мас. % в течение τ_МХА=1 ч, при содержании насыщенного водного раствора ортоборной кислоты в шихте C_нр=20 мас.% для приготовления активированной шихты, обработку активированной шихты с добавкой углерода M_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=0,5 ч, последующее формование заготовки (d=12,7 мм) давлением p_хп=313 МПа, нагрев в воздушной атмосфере при t_н=650°C и τ_н=2 мин, горячую обработку давлением с приведенной работой уплотнения w=17 МДж/м³. Полученный горячедеформированный материал имел плотность ρ_гш=2,65 г/см³, предел прочности на срез τ_ср=164 МПа и твердость HV 212.

Пример 2. Технология изготовления горячедеформированного материала включает механохимическую активацию алюминиевого порошка ПА-4 совместно с порошком кремния при его содержании М_кр=18 мас. % в течение τ_МХА=1 ч, при содержании насыщенного водного раствора ортоборной кислоты в шихте C_нр=20 мас.% для приготовления активированной шихты, обработку активированной шихты с добавкой углерода M_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=0,5 ч, последующее формование заготовки (d=12,7 мм) давлением p_хп=313 МПа, нагрев в воздушной атмосфере при t_н=650°C и τ_н=2 мин, горячую обработку давлением с приведенной работой уплотнения w=35 МДж/м³. Полученный горячедеформированный материал имел плотность ρ_гш=2,74 г/см³, предел прочности на срез τ_ср=181 МПа и твердость HV 406.

Пример 3. Технология изготовления горячедеформированного материала включает механохимическую активацию алюминиевого порошка ПА-4 совместно с порошком кремния при его содержании М_кр=18 мас. % в течение τ_МХА=1 ч, при содержании насыщенного водного раствора ортоборной кислоты в шихте C_нр=20 мас.% для приготовления активированной шихты, обработку активированной шихты с добавкой углерода M_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=0,5 ч, последующее формование заготовки (d=12,7 мм) давлением p_хп=313 МПа, нагрев в воздушной атмосфере при t_н=650°C и τ_н=2 мин, горячую обработку давлением с приведенной работой уплотнения w=70 МДж/м³. Полученный горячедеформированный материал имел плотность ρ_гш=2,77 г/см³, предел прочности на срез τ_ср=221 МПа и твердость HV 444.

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

Способ получения горячедеформированных порошковых материалов, включающий механическое легирование шихты на основе алюминия углеродом в высокоэнергетической мельнице в течение 0,5 ч при содержании углерода в шихте M_гр=2,8 мас.%, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением, отличающийся тем, что шихту на основе алюминия получают механохимической активацией (МХА) алюминиевого порошка ПА-4 совместно с порошком кремния при его содержании M_кр=18 мас.% в течение τ_МХА=1 ч в насыщенном водном растворе ортоборной кислоты, при этом горячую обработку заготовки давлением проводят с приведенной работой уплотнения w=17-70 МДж/м³.