Способ получения пористых полуфабрикатов из порошков алюминиевых сплавов

Реферат

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано в строительстве, авиации, автомобилестроении и т.п. Способ включает смешивание порошков алюминиевого сплава с порофором, засыпку полученной смеси в емкость, холодное прессование с последующим нагревом плотной заготовки до температуры на 10-20°С ниже температуры образования самой легкоплавкой эвтетики материала заготовки, горячую деформацию с получением плотной заготовки, которую перерабатывают на частицы различной формы и размеров и перед высокотемпературной термообработкой частицами заполняют частично или полностью объем формы. Технический результат: расширение номенклатуры получаемых изделий, повышение выхода годного и производительности труда. 9 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано в строительстве, автомобилестроении и т.п., там, где необходимо сочетание таких свойств как легкость, негорючесть, хорошая тепловая и звуковая защита, плавучесть и т.д.

Известен способ получения пористых изделий из порошков сплавов на основе меди и алюминия, включающий смешивание порошка сплава с порофором, засыпку полученной смеси в разборную емкость, нагрев с одновременным приложением давления, при котором не происходит разложения порофора, охлаждение с одновременным снятием давления, разборку емкости с последующим выталкиванием из нее полученной плотной заготовки, которую сразу термообрабатывают для получения в ней пористости (патент ФРГ N 4101630, B 22 F 3/18, 1991 г.).

Недостатком этого способа является узкая номенклатура получаемых полуфабрикатов как по размеру, так и по форме из-за ограниченности получения плотной заготовки различной формы и размеров; низкая производительность способа из-за длительности процесса спекания порошковой массы под давлением. При получении изделий больших размеров время спекания возрастает в геометрической прогрессии и приводит к резкому увеличению энергозатрат.

Известен способ получения пористых полуфабрикатов из порошков алюминиевых сплавов, включающий смешивание порошков алюминиевых сплавов с порофорами, температура разложения которых выше температуры солидуса-ликвидуса порошка алюминиевого сплава. Полученную смесь засыпают в неразборную емкость, нагревают до температуры ниже температуры солидуса порошка алюминиевого сплава и прессуют при этой температуре в плотную заготовку, которую затем подвергают горячему деформированию, охлаждают, помещают в форму из материала, химически не взаимодействующего с материалом заготовки, сохраняющую геометрию и размеры при температуре термообработки. Размещенную в форме заготовку термообрабатывают (RU, патент N 2085339, В 22 F, 3/11, 3/18, 1997 г.), прототип.

Недостатком этого способа является ограниченная номенклатура получаемых готовых пористых изделий из-за незначительной пластичности заготовок, низкий выход годного из-за неравномерной плотности по всему объему изделия, а также невысокая производительность процесса из-за больших затрат времени на получение плотной заготовки.

Предлагаемый способ получения пористых полуфабрикатов из порошков алюминиевых сплавов включает смешивание порошков алюминиевого сплава с порофором, засыпку получаемой смеси в емкость, холодное прессование с последующим нагревом плотной заготовки до температуры на 10-20oC ниже температуры образования самой легкоплавкой эвтетики материала заготовки, затем ведут горячую деформацию с получением проволоки, которую перерабатывает на частицы различной формы и размеров и перед высокотемпературной термообработкой частицами заполняют частично или полностью объем формы. Засыпку в емкость возможно вести послойно по смесям частиц проволоки различного химического состава, а также проволоку перед переработкой на частицы можно перфорировать.

Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в том, что после засыпки смеси порошков в емкость ведут холодное прессование, затем плотную заготовку нагревают до температуры на 10-20oC ниже температуры образования самой легкоплавкой эвтетики материала заготовки, затем ведут горячую деформацию с получением проволоки, которую перерабатывают на частицы различной формы и размеров и перед высокотемпературной термообработкой частицами заполняют частично или полностью объем формы.

Засыпку в емкость возможно вести послойно смесями частиц проволоки различного химического состава, а также проволоку перед переработкой на частицы можно перфорировать.

Техническим результатом является расширение номенклатуры получаемых изделий, повышение выхода годного и производительности труда.

Предлагаемый способ позволяет получить перед нагревом под деформацию заготовку с плотностью 75-85% отн. , т.е. повысить плотность нагреваемой заготовки на 20-25% отн. по сравнению с известным способом, за счет частичного разрушения окисных пленок, окружающих частицы алюминиевого порошка при холодном прессовании, увеличение площади контакта между ними, соответственно уменьшаются межчастичные полости и плотность воздуха в результате этого в них возрастает, что способствует увеличению теплопроводности заготовки и сокращает время нагрева в 2-10 раз в зависимости от диаметра нагреваемой заготовки по сравнению с временем нагрева порошковой смеси в известном способе. Это приводит к повышению производительности труда и снижению энергозатрат при осуществлении технологического процесса получения плотной заготовки.

Применение температурного режима нагрева плотной заготовки перед горячей деформацией ниже температуры образования самой легкоплавкой эвтетики меньше, чем на 10oC, не дает возможности при горячей деформации заготовки получить из нее проволоку с высокой плотностью из-за образования неконтролируемого количества жидкой фазы, которая практически не уплотняется, в получаемой проволоке образуются несплошности, способствующие выходу газа-вспенивателя без образования пористой структуры. Соответственно такой полуфабрикат бракуют и выход годного, соответственно уменьшается.

Применение температурного режима нагрева заготовки перед деформацией температуры образования легкоплавкой эвтетики больше, чем на 20oC, приводит к значительному снижению коэффициентов диффузии химических элементов по частицам алюминиевого порошка. Так как зависимость коэффициента диффузии от температуры имеет характер экспоненты и при температурах нагревав 400oC, характерных для образования легкоплавких эвтетик в алюминиевых сплавах, понижение температуры нагрева даже на 2-3oC приводит к снижению коэффициента диффузии на 10-20% отн. Поэтому проволока получается недостаточно плотная, она имеет несплошности, по которым газ порофора, разложившегося при высокотемпературной термообработке, выходит, не вызывая вспенивания проволоки. В результате этого получают проволоку с повышенной плотностью ( 1,5 г/см3). Такую проволоку бракуют, соответственно выход годного уменьшается.

Примеры осуществления способа Пример 1 Порошок алюминиевого сплава марки 1209 (температура легкоплавкой эвтетики - 510oC в количестве 108 кг смешали с 1,1 кг порофора TiH2 (температура разложения 690oC), засыпали в емкость диаметром 290 мм, высотой 1100 мм, изготовленную из алюминиевого сплава АД31 и спрессовали в плотную заготовку на прессе усилием 50 МН, используя глухую матрицу. Плотную заготовку выгрузили из пресса и нагрели до температуры 490oC, что на 20oC ниже температуры образования самой легкоплавкой эвтетики материала заготовки. Время нагрева составило 3 ч. Заменили глухую матрицу на матрицу для прессования прутка диаметром 90 мм и отпрессовали его. Остывший пруток разметили на мерные заготовки длиной 150 мм. Одну заготовку нагрели до температуры 500oC, что на 10oC ниже температуры плавления самой легкоплавкой эвтетики материала прутка, и на прессе усилием 15 МН отпрессовали на проволоку. Получили 20 проволок размером 3 х 5000 мм.

5 штук проволок диаметром 3 мм и длиной 5000 мм равномерно, с зазором 3-4 мм обмотали по высоте цилиндрической формы диаметром 200 мм, сваривая стыки проволоки. Закрепив форму на стержне, поместили в печь для проведения высокотемпературной обработки. После охлаждения получили термоизоляционный, звукопоглощающий кожух с плотностью материала 0,5-0,6 г/см3, диаметром 200 мм, толщиной стенки 6 мм и длиной 250 мм.

5 штук проволоки диаметром 3 мм и длиной 5000 мм порезали на частицы диаметром 3 мм и длиной также 3 мм, заполнили частицами проволоки 25% объема формы размером 10 х 500 х 500 мм. Форму, заполненную частицами проволоки, поместили в печь для проведения высокотемпературной обработки. После проведения высокотемпературной обработки форму выгрузки из печи охладили и вынули готовое изделие - фильтр размером 10 х 500 х 500 мм с открытой пористостью размером 0,1-3 мм с плотностью материала 0,5-0,6 г/см3. Фильтр предназначен для очистки от твердых частиц при заборе воздуха, используемого для охлаждения генератора электровоза.

10 штук проволок диаметром 3 мм и длиной 5000 мм порезали на отрезки длиной 500 мм, из полученных отрезков в количестве 100 штук изготовили сетку размером 400 х 400 мм с размером ячейки 6 х 6 мм. Полученную сетку загрузили на поддоне в печь для проведения высокотемпературной обработки. После высокотемпературной обработки получили воздушный фильтр с равномерно распределенной открытой пористостью (ячейка поры размером 2 х 2 мм) и закрытой пористостью в самой частице, плотность материала составила 0,5-0,6 г/см3.

С учетом количества полученных из одного прутка диаметром 90 мм заготовок диаметром 90 и длиной 150 мм в количестве 30 штук соответственно получили 30 штук термоизоляционных звукопоглощающих кожухов диаметром 200 мм и длиной 240 мм, 60 фильтров размером 10 х 500 х 500 мм для очистки от твердых частиц при заборе воздуха, используемого для охлаждения генератора электровоза, и 30 фильтров-сеток размером 400 х 400 мм с открытой пористостью (ячейка поры размером 2 х 2 мм).

Выход годного составил 88% на прутке и 80% на готовом изделии (расчет сделан от шихты) и получены изделия различной формы и габаритов.

Пример 2 Порошок алюминиевого сплава марки 1209 (TS =550oC, Tl = 630oC) в количестве 108 кг смешали с 1,1 кг порофора TiH2 (T разложения 690oC), засыпали в неразборную капсулу диаметром 290 мм, высотой 1100 мм, которая изготовлена из сплава АД31, капсулу нагрели до температуры 530oC, время нагрева составило 25 ч, затем нагретую капсулу спрессовали в плотную заготовку при этой температуре на прессе усилием 50 МН, используя глухую матрицу. Сняли глухую матрицу, поставили вместо нее матрицу для прессования полосы размером 40 х 250 мм, отпрессовали ее. После охлаждения полосы разметили ее на мерные заготовки длиной 1000 мм, получили заготовки размером 40 х 250 х 1000 мм. Заготовки нагрели до температуры 520oC и на стане "Трио" прокатали на листы толщиной 6 мм. Получили 4 листа размером 6 х 1000 х 1000 мм. Положили каждый лист толщиной 6 мм на форму, представляющую собой сетку из проволоки диаметром 4 мм (нержавеющая сталь) с размером ячейки 4 х 4 мм; величиной 1000 х 1000 мм и провели высокотемпературную обработку при Т=690oC. После термообработки вынули формы из печи, охладили. Сняли вспененные листы из формы. Получило 16 штук изделий с формой, повторяющей форму сетки. Ячейки на изделии имели размер 2 х 2 мм и все были закрыты, т.е. открытой пористости на листовой заготовке не получили.

Время нагрева порошковой смеси в капсуле перед прессованием составило 25 ч.

Выход годного на полосе составил 75%, по готовому изделию (пористый плоский фильтр с ячейкой 4 х 4 мм) - 0%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет расширить номенклатуру получаемых пористых как полуфабрикатов, так и изделий из них сложной формы и различной конфигурации из порошков алюминиевых сплавов, повысить производительность труда в 6-8 раз при получении плотной заготовки и увеличить выход годного на промежуточной заготовке (пруток или полоса) с 75 до 87%, на готовом изделии с 0 до 80%.

Формула изобретения

1. Способ получения пористых полуфабрикатов из порошков алюминиевых сплавов, включающий смешивание порошка алюминиевого сплава с порофором, засыпку полученной смеси в емкость, горячую деформацию полученной заготовки, помещение ее в форму и высокотемпературную термообработку, отличающийся тем, что после засыпки смеси порошков в емкость ведут холодное прессование с последующим нагревом плотной заготовки до температуры на 10 - 20oС ниже температуры образования самой легкоплавкой эвтектики материала заготовки с последующей горячей деформацией при этой температуре с получением плотной заготовки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горячей деформацией получают плотную заготовку в виде проволоки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотную заготовку перед высокотемпературной термообработкой перерабатывают на частицы разной формы и размера.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что проволоку перед высокотемпературной термообработкой перерабатывают на частицы разной формы и размера.

5. Способ по любому из пп.1 и 3, отличающийся тем, что перед высокотемпературной обработкой в форму помещают частицы разного химического состава послойно.

6. Способ по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что перед высокотемпературной обработкой в форму помещают частицы разного химического состава послойно.

7. Способ по любому из пп.1 и 3, отличающийся тем, что перед высокотемпературной термообработкой форму заполняют частицами полностью.

8. Способ по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что перед высокотемпературной термообработкой форму заполняют частицами полностью.

9. Способ по любому из пп.1 и 3, отличающийся тем, что перед высокотемпературной термообработкой форму заполняют частицами частично.

10. Способ по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что перед высокотемпературной термообработкой форму заполняют частицами частично.