Способ изготовления горячедеформированных порошковых материалов

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при получении горячедеформированных порошковых материалов на основе стружковых отходов алюминиевых сплавов. В предложенном способе, включающем обработку в мельнице исходного материала на основе алюминия, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением, согласно изобретению обработку исходного материала на основе алюминия осуществляют в планетарной мельнице в течение времени τ =2-4 ч насыщенным водным раствором ортоборной кислоты при ее содержании С_нр=20-45 мас.%, в качестве исходного материала на основе алюминия используют стружковые отходы алюминиевых сплавов, а перед горячей обработкой давлением осуществляют нагрев заготовки в воздушной атмосфере при температуре t_н=680-720^oС в течение времени τ_н =1,5-2,5 мин. Обеспечивается снижение затрат на изготовление порошковых материалов конструкционного назначения.

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

Известен способ изготовления ГДПМ (Технология получения композиционного материала системы Al-Al₂O₃-B₂O₃/ Л.У. Котиева, Н.М. Иевлева, С.Д. Шляпин и др. //Цв. металлургия.-1983- 5.-С.25-28), включающий обработку алюминиевого порошка (т) АПС-1 (фракция 45-80 мкм) насыщенным водным раствором ортоборной кислоты (ж) т: ж= 1: 1, сушку порошка до постоянной массы при температуре 125^oС, обжиг при 300^oС, горячее прессованием в две стадии с медленным нагружением при 436^oС (1 стадия) и 473^oС (2 стадия), обжиг брикета при температуре 520^oС, 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 горячем прессованием.

Наиболее близким техническим решением является способ (заявка 63145725 Япония, МКИ С 22 С 21/04, С 22 С 21/06. Изделия из жаропрочного алюминиевого сплава, обладающего высокой прочностью и пластичностью. 61-291572; заявл. 09.12.86; опубл. 1106.88), включающий обработку в высокоэнергетической мельнице шихты на основе алюминия, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением при температуре t≤500^oC.

Данный способ позволяет получать жаропрочные ГДПМ, обладающие высокой прочностью и пластичностью за счет механического легирования алюминия магнием, частицами металла или керамического материала. Однако данный способ не позволяет получать ГДПМ на основе стружковых отходов алюминия, так как при размоле не используются жидкие среды, предотвращающие окисление и интенсифицирующие процесс диспергирования.

Решаемая задача - снижение затрат на исходные материалы при получении ГДПМ на основе алюминия.

Задача решается тем, что в известном способе, включающем обработку в мельнице исходного материала на основе алюминия, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением, обработку исходного материала на основе алюминия осуществляют в планетарной мельнице в течение времени τ =2...4 ч насыщенным водным раствором борной кислоты при его содержании С_нр=20...45 мас.%, в качестве исходного материала на основе алюминия используют стружковые отходы алюминиевых сплавов, а перед горячей обработкой давлением осуществляют нагрев заготовки в воздушной атмосфере при температуре t_н=680^o... 720^oC в течение времени τ_н =1,5...2,5 мин.

Пример 1. Изготовление ГДПМ проводят по следующей технологии: обработка стружки алюминиевого сплава Д-16 (САС) (ГОСТ 4785-74) в шаровой планетарной мельнице САНД-1 (диаметр шаров d_ш=10 мм, соотношение масс шаров и шихты S= 10:1) насыщенным водным раствором ортоборной кислоты при его содержании С_нр= 45 мас.% (соотношение масс раствора и шихты M_р-ра:M_шихты=1:1; 50 г САС, 13,5 г борной кислоты H₃BO₃, 31,5 г воды Н₂О) при частоте вращения V_вр=290 мин^-1 в течение времени τ =2 ч; последующее формование заготовки давлением р_хп=250 МПа; нагрев в воздушной атмосфере при температуре t_н=700^oС в течение времени τ_н =2 мин; горячая обработка давлением с приведенной работой уплотнения w=70 МДж/м³. Полученный ГДПМ имел предел прочности на изгиб σ_и =620 МПа и твердостью HRE 108.

Пример 2. Технология изготовления ГДПМ включает обработку САС (ГОСТ 4785-74) в шаровой планетарной мельнице САНД-1 (диаметр шаров d_ш=10 мм, соотношение масс шаров и шихты S=10:1) насыщенным водным раствором ортоборной кислоты при его концентрации С_нр=23 мас.% (соотношение масс раствора и шихты М_р-ра: М_шихты= 1:2,1, 50г САС, 4 г борной кислоты Н₃ВО₃, 10 г воды Н₂О) при частоте вращения V_вр=290 мин^-1 в течение времени τ =3 ч; последующее формование заготовки давлением р_хп=120 МПа; нагрев в воздушной атмосфере при температуре t_н=680^oС в течение времени τ_н =2,5 мин; горячую обработку давлением с приведенной работой уплотнения w=75 МДж/м³. ГДПМ имел предел прочности на срез τ_ср =220 МПа и твердостью HRE 110.

Пример 3. ГДПМ получали, используя следующую технологию: обработка САС (ГОСТ 4785-74) в шаровой планетарной мельнице САНД-1 (диаметр шаров d_ш=10 мм, соотношение масс шаров и шихты S=10:1) насыщенным водным раствором ортоборной кислоты при его содержании С_нр=20 мас.% (соотношение масс раствора и шихты М_р-ра:М_шихты=1:2; 50 г САС, 3,75 г борной кислоты Н₃ВО₃, 8,75 г воды Н₂О), при частоте вращения V_вр=290 мин^-1 в течение времени τ =4 ч; последующее формование заготовки давлением p_хп=120 МПа; нагрев в воздушной атмосфере при температуре t_н=720^oС в течение времени τ_н =1,5 мин; горячая обработка давлением с приведенной работой уплотнения w=55 МДж/м³, обеспечивая формирование ГДПМ с пределом прочности на срез τ_ср =294 МПа и твердостью HRB 68.

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

Формула изобретения

Способ получения горячедеформированных порошковых материалов, включающий обработку в мельнице исходного материала на основе алюминия, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением, отличающийся тем, что обработку исходного материала на основе алюминия осуществляют в планетарной мельнице в течение времени τ =2÷4 ч насыщенным водным раствором ортоборной кислоты при ее содержании С_нр= 20÷45 мас. %, в качестве исходного материала на основе алюминия используют стружковые отходы алюминиевых сплавов, а перед горячей обработкой давлением осуществляют нагрев заготовки в воздушной атмосфере при температуре t_н= 680÷720^oC в течение времени τ_н=1,5÷2,5 мин.