СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ПОРОШКОВЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 1994 года по МПК B22F3/18 B22F9/06 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к разработке способа, обеспечивающего возмож- ность сварки полуфабрикатов из алюминиевых порошковых сплавов.

Известен способ получения деформированных полуфабрикатов из порошковых алюминиевых сплавов, заключающийся в приготовлении расплава, распылении его на гранулы и последующей горячей деформации (статья Aller Fernanden "Aluminium", 1984, Вd.60, N 5, S. 357-361).

В связи с тем, что размер получаемых гранул составляет порядка от 50 до 200 мкм, это приводит к тому, что содержание окиси алюминия в сплаве достигает 0,1-0,5% . Такое высокое содержание окиси алюминия в сплаве не позволяет образовываться качественному сварному шву при сварке порошковых сплавов и получению свариваемых полуфабрикатов с требуемым уровнем свойств.

Известен способ распыления расплава из алюминиевых сплавов, заключающийся в литье расплава на валки, при этом получаются чешуйки толщиной 10-50 мкм (Sugamate Makoto. J.Jap. Inst. Light Metals, 1987, 7, N 5, с. 366-374). Затем чешуйки дробят, компактируют, дегазируют и подвергают горячей деформации. Получение полуфабрикатов из чешуек приводит к увеличению содержания окиси алюминия в полуфабрикатах до 0,3-1,0%.

В связи с наличием в полуфабрикатах большого содержания окиси алюминия такие полуфабрикаты не образуют качественных сварных соединений при применении традиционных методов сварки и это приводит к получению низких прочностных свойств сварных соединений.

Свариваемые полуфабрикаты в настоящее время изготавливают из алюминиевых сплавов, отливаемых методом полунепрерывного литья в виде плоских и круглых слитков. Слитки после обточки и резки подвергают горячей деформации (В. И. Елагин, В.В.Захаров и А.М.Дриц. Структура и свойства сплавов системы Аl-Zn-Mg, М.: Металлургия, 1982).

Однако свойства сварных соединений из алюминиевых сплавов очень низкие. Предел прочности сварного соединения составляет σ_в^св = 30 кг/мм² для полуфабрикатов из сплавов АМг-6 и σ_в^св= 34 кг/мм² для полуфабрикатов из сплава 1201, что не удовлетворяет требованиям.

Известен способ, включающий приготовление расплава, его перегрев на 150-200^оС выше температуры ликвидуса сплава, отливку гранул, дегазацию гранул по трехступенчатому режиму, при этом температура первой ступени дегазации составляет 340-360^оС, температура второй ступени на 60-120^оС превышает температуру первой ступени, а температура третьей ступени на 30-40^оС ниже температуры второй ступени, с последующим брикетированием и горячей деформацией путем прессования.

Недостатком известного способа является то, что полуфабрикаты, изготавливаемые по данному способу, образуют некачественный сварной шов при сварке полуфабрикатов из порошковых алюминиевых сплавов. Это объясняется наличием в полуфабрикатах высокого содержания окиси алюминия порядка 0,10-0,25% , что вызывает появление в сварном шве несплошностей, непроваров. Сварной шов не полностью формируется при сварке порошковых сплавов. Все это приводит к получению низких прочностных свойств сварных соединений у порошковых сплавов.

Предлагается способ получения полуфабрикатов из порошковых алюминиевых сплавов, заключающийся в приготовлении расплава, его перегреве на 150-200^оС и распылении расплава на гранулы со скоростью 0,5-3,0 м/с, ступенчатой дегазации с последующей горячей деформацией.

Отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что распыление расплава на гранулы осуществляют со скоростью 0,5-3,0 м/с.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями, направленными на повышение прочностных свойств и других характеристик сварного соединения, при сохранении прочности основного металла показывает, что в известных технических решениях указанные отличительные признаки не встречаются. Распыление расплава на гранулы со скоростью 0,5-3,0 м/с обеспечивает получение гранул с соотношением площади поверхности гранулы к ее объему в пределах 0,75-2,0. При указанном соотношении площади поверхности гранул к ее объему, во-первых, обеспечивается кристаллизация расплава со скоростью, равной 0,5 ˙10³ - 2˙ 10³ град/с, обеспечивающей возможность получения высоколегированных порошковых алюминиевых сплавов, во-вторых, снижается вносимое при кристаллизации содержание окиси алюминия до 0,01-0,03%. Если скорость распыления на гранулы будет больше 3,0 м/с, то это приводит к изменению соотношения площади поверхности гранулы к ее объему. В связи с этим увеличится содержание в полуфабрикате окиси алюминия и его количество будет больше 0,03% . При этом при сварке формируется некачественный сварной шов, образуются непровары, что приводит к резкому снижению прочностных свойств сварного соединения. Если скорость распы- ления расплава на гранулы будет меньше 0,5 м/с, то это также приводит к изменению соотношения площади поверхности гранул к ее объему. При этом скорость охлаждения гранул при кристаллизации будет меньше 0,5 ˙10³ град/с, что не позволит отливать порошковые высоколегированные сплавы и приведет к появлению в структуре крупных первичных интерметаллидов и резкому падению всех свойств.

Примеры осуществления способа.

Предлагаемый способ осуществляли на двух порошковых алюминиевых сплавах 01949 (системы Аl-Zn-Mg) и 01209 (системы Al-Cu-Mn). Из каждого сплава готовили расплав и его после перегрева на 175^оС для сплава 01949 и 185^оС для сплава 01209 выше температуры ликвидуса соответствующего сплава распыляли на гранулы со скоростью от 0,5 до 3 м/с. Полученные гранулы дегазировали ступенчато: температура первой ступени составляла 160^оС, второй ступени 290^оС, третьей ступени 380^оС. Общее время выдержки 27 ч. Затем гранулы нагревали до 450^оС - для сплава 01949 и 500^оС - для сплава 01209 до получения вакуума 10^-3 мм рт.ст. После дегазации гранулы компактировали, прессовали вгорячую на полосы, а затем полосы подвергали прокатке на лист с общей степенью деформации 96%. Листы сваривали аргонодуговой сваркой по стандартному режиму. Эти же два порошковых алюминиевых сплава 01949 и 01209 использовали при изготовлении листов для сварки по известному способу. Расплав перегревали на 175^оС для сплава 01949 и 185^оС для сплава 01209 и распыляли на гранулы со скоростью 5 м/с. Режимы дегазации, компактирования и последующей горячей деформации были аналогичны режимам, приведенным для предлагаемого способа.

В таблице представлены результаты испытаний листов из двух порошковых алюминиевых сплавов 01949 и 01209, полученных по предлагаемому и известному способам, а также приведены результаты испытаний листов, полученных с запредельными значениями заявляемых параметров. Примеры с 1 по 6 соответствуют предлагаемому способу, причем с 1 по 3 приведены для сплава 01949, а с 4 по 6 для сплава 01209. Примеры 1 и 4 с минимальными значениями заявляемых параметров; 2 и 5 - со средними значениями и 3 и 6 - с максимальными значениями заявляемых параметров. Примеры с 7 по 10 с запредельными значениями заявляемых параметров, причем 7 и 8 - для сплава 01949, 9 и 10 - для сплава 01209. Примеры 11 (для сплава 01949) и 12 (для сплава 01209) соответствуют известному способу (прототипу).

Анализируя данные, представленные в таблице, можно отметить, что свойства сварных соединений полуфабрикатов по предлагаемому способу существенно превосходят свойства, получаемые по известному способу: для высокопрочного свариваемого сплава 01949 предел прочности сварного соединения превосходит по известному способу на 12-13 кг/мм²; по ударной вязкости в 1,5-1,7 раза; по углу загиба на 20-30^о; для свариваемого сплава 01209 предел прочности сварного соединения по предлагаемому способу превосходит прочность, получаемую по существующему способу, на 4-5 кг/мм²; по ударной вязкости в 2 раза; по углу загиба на 30-40^о.

Предлагаемый способ, кроме повышения свойств сварного соединения, обеспечивает сохранение практически таких же механических свойств (σ_в;σ_0,2;δ) основного металла.

Отклонение режимов за пределы предлагаемого способа приводит к падению прочностных характеристик как сварных соединений, так и основного металла.

Сущность изобретения: приготавливают алюминиевый расплав, обеспечивают его перегрев на 150 - 200°С, осуществляют распыление расплава на гранулы со скоростью их движения 0,5 - 0,3 м/с, затем проводят ступенчатую дегазацию полученных гранул с их последующей горячей деформацией. 1 табл.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ПОРОШКОВЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий приготовление алюминиевого расплава, его перегрев на 150 - 200^oС, распыление расплава на гранулы, ступенчатую дегазацию полученных гранул с их последующей горячей деформацией, отличающийся тем, что распыление расплава на гранулы осуществляют со скоростью их движения 0,5 - 3,0 м/с.