Способ изготовления горячедеформированных порошковых материалов

 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения горячедеформированных порошковых материалов на основе механохимически активированной смеси “стружкового” и алюминиевого порошков. Предложен способ получения горячедеформированных порошковых материалов, включающий приготовление шихты, содержащей стружковый порошок на основе алюминия при концентрации его в шихте С_сп=10...95 мас.%, обработку шихты на основе алюминия в высокоэнергетической мельнице в течение τ_МХА=0,35...1,8 ч в среде насыщенного водного раствора ортоборной кислоты при его содержании С_пр=7...9 мас.%, последующее формование заготовки и горячую обработку давлением. 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 механохимически активированной смеси “стружкового” и алюминиевого порошков.

Известен способ изготовления горячедеформированного материала (Технология получения композиционного материала системы А1-А1₂О₃-В₂0₃ / 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°С; обжиг при 300°С; горячее прессование в две стадии с медленным нагруженном 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 из-за отсутствия предварительного формования заготовки, а также характеризуется низкой производительностью процесса, связанной с двухстадийным горячим 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 17.06.88), включающий обработку в высокоэнергетической мельнице шихты на основе алюминия, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением при температуре t≤500°С.

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

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: обработку в высокоэнергетической мельнице шихты на основе алюминия в среде насыщенного водного раствора ортоборной кислоты, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением, обработку шихты, содержащей стружковый порошок на основе алюминия, при концентрации его в шихте С_сп=10...95 мас.%, проводят в течение τ_МХA=0,35...1,8 ч, при содержании насыщенного водного раствора ортоборной кислоты С_пр=7...9 мас.%.

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_пр=20 мас.% с последующим выделением фракции +315 мкм для приготовления “стружкового” порошка, обработку смеси “стружкового и алюминиевого ПА-4 порошков при С_сп=95 мас.% в шаровой планетарной мельнице САНД-1 (диаметр шаров d_ш=10 мм, соотношение масс шаров и шихты S=10:1) в среде насыщенного водного раствора ортоборной кислоты С_пр=7 мас.%, при частоте вращения V_вp=290 мин^-1 в течение τ_МХА =0,35 ч, последующее формование заготовки (d=12,7 мм) давлением р_хп=350 МПа, нагрев в воздушной атмосфере при t_н=650°С и τ_н=5 мин, горячую обработку давлением с приведенной работой уплотнения w=100 МДж/м³. Полученный горячедеформированный материал имел плотность ρ_гш=2,90 г/см³, предел прочности на срез τ_ср=300 МПа и твердость HRB 106.

Пример 2. Изготовление горячедеформированного материала проводят по следующей технологии: приготовление “стружкового” порошка, обработка смеси “стружкового и алюминиевого ПА-4 порошков при С_сп=10 мас.% в шаровой планетарной мельнице САНД-1 (диаметр шаров d_ш=10 мм, соотношение масс шаров и шихты S=10:1) в среде насыщенного водного раствора ортоборной кислоты С_пр=9 мас.%, при частоте вращения V_вр=290 мин^-1 в течение τ_МХА=1,8 ч, последующее формование заготовки (d=12,7 мм) давлением р_хп=350 МПа, нагрев в воздушной атмосфере при t_н=650°С и τ_н=5 мин, горячая обработка давлением с приведенной работой уплотнения w=9,6 МДж/м³. Горячедеформированный материал имел плотность ρ_гш=2,73 г /см³, предел прочности на срез τ_ср=210 МПа и твердость HRB 60.

Пример 3. Технология изготовления горячедеформированного порошкового материала: приготовление “стружкового” порошка, обработка смеси “стружкового” и алюминиевого ПА-4 порошков при С_сп=50 мас.% в шаровой планетарной мельнице САНД-1 (диаметр шаров d_ш=10 мм, соотношение масс шаров и шихты S=10:1) в среде насыщенного водного раствора ортоборной кислоты С_нр=8 мас.%. при частоте вращения V_вр=290 мин^-1 в течение τ_МХА=1,7 ч, последующее формование заготовки (d=12,7мм) давлением р_хп=350 МПа, нагрев в воздушной атмосфере при t_н=650°С и τ_н=5 мин, горячая обработка давлением с приведенной работой уплотнения w=50 МДж/м³. Полученный горячедеформированный порошковый материал имел плотность ρ_гш=2,91 г/см³, предел прочности на срез τ_ср=369 МПа, изгиб σ_и=325 МПа, твердость HRB 96, удельный износ J=0,2 мкм/км и коэффициент трения f=0,09 в условиях граничного трения при давлении в зоне контакта р=8,7 МПа.

Анализ параметров выполнения способа показывает, что динамическое горячее прессование пористых заготовок, сформованных на основе механохимической смеси “стружкового” и алюминиевого порошков, обработанных в планетарной мельнице в среде насыщенного водного раствора ортоборной кислоты 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 обработку шихты на основе алюминия в высокоэнергетической мельнице, формование заготовки и ее последующую горячую обработку давлением, отличающийся тем, что проводят приготовление шихты, содержащей стружковый порошок на основе алюминия при концентрации его в шихте С_сп=10-95 мас.%, при этом обработку шихты в высокоэнергетической мельнице проводят в течение τ_МXА=0,35-1,8 ч в среде насыщенного водного раствора ортоборной кислоты при его содержании С_пр=7-9 мас.%.