СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО МАТЕРИАА Советский патент 1995 года по МПК B22F9/10 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в производстве компактных изделий (листы, профили, полосы, штамповки и др.), полученных из дисперсных частиц гранулы, чешуйки, волокна и др. в сплавах типа аномально пересыщенных твердых растворов на основе алюминия.

Цель изобретения создание субдендритной структуры в частицах порошкообразного материала.

Получение указанной структуры обеспечивает повышение механических свойств компактных изделий, изготовленных из него.

Сущность способа заключается в следующем.

Сплав на основе алюминия, представляющий собой аномально пересыщенный твердый раствор, перегревают на 200-400^оС выше температуры ликвидус данного способа, подвергают ультразвуковой обработке в режиме развитой кавитации с интенсивностью, определяемой из неравенства,
У 2,63V_охл^0,45, где У интенсивность ультразвука, Вт/см²;
V_охл скорость охлаждения, ^оС/с.

Обработанный расплав подвергают диспергированию и охлаждению.

В качестве диспергирования могут быть использованы грануляция расплава, экстрагирование или другие методы диспергирования.

П р и м е р 1. Расплав сплава Al 6,0% Cu 1,6% Zr с температурой ликвидус 960^оС перед диспергированием перегревали до 1200^оС и проводили ультразвуковую обработку с интенсивностью 50-5000 Вт/см². Затем из расплава методом ультразвукового распыления в тонком слое жидкий металл диспергировали на капли размером 100 мкм, которые затвердевали в атмосфере паров газообразного азота. Начиная с интенсивности 100 Вт/см², в расплаве реализовали режим развитой кавитации. При этом была реализована скорость охлаждения расплава при кристаллизации 5˙10^3оС/с.

На чертеже дана кривая зависимости интенсивности ультразвуковой обработки расплава перед диспергированием от скорости охлаждения расплава при кристаллизации. Указанная зависимость в интервале скорости охлаждения, равном 10-10^6оС/с, представляет собой прямую, разделяющую области формирования дендpитной и субдендритной структур диспергированных частиц.

В табл.1 представлены механические свойства термообработанной спрессованной полосы размером 5х60 мм в поперечном направлении, полученной из сбрикетирванных гранул. Режим термической обработки закалка с 535^оС в воду и старение при 170^оС в течение 6,0 ч. В табл.1 указаны особенности структуры получаемых гранул.

Результаты, приведенные на чертеже и в табл.1, свидетельствуют о необходимости поддержания заданных параметров процесса производства дисперсных продуктов сверхбыстрой кристаллизации.

Уменьшение интенсивности ультразвуковой обработки расплава перед диспергированием ниже заданных соотношений, например 50 Вт/см², не позволяет получить повышение пластичности свыше 10% и прочности на 30% в поперечном направлении. Это связано с тем, что не удается получить необходимое число активных примесей и тем самым размножить число центров кристаллизации для формирования субдендритного зерна в частицах.

Температурные режимы ультразвуковой обработки расплава жестко связаны по нижней границе возможностью получения аномально пересыщенных твердых растворов на основе алюминия с введением до 2,0% переходных металлов (Zr, Cr и др.), а по верхней границе значительным испарением летучих компонентов сплава (Mg, Zn и др.) и загрязнением расплава неметаллическими включениями.

П р и м е р 2. Расплав аналогичного сплава Al 6,0% Cu 1,0% Zr с температуры 1100^оС (на 200^оС выше температуры ликвидус) экстрагировали с помощью вращающегося охлаждаемого медного диска. При этом получали волокна толщиной 20-100 мкм (см.чертеж). В непосредственной близости от поверхности медного диска, опущенного в расплав, снизу жидкий металл обрабатывают ультразвуковыми колебаниями с интенсивностью 50-600 Вт/см², причем начиная с 1-100 Вт/см², в расплаве был реализован режим развитой кавитации. Скорость кристаллизации (охлаждения ^оС/с) волокон можно приближенно определить в зависимости от их толщины (мкм): 20 10⁵ 50 7˙10⁴ 70 2˙10⁴ 100 5˙10³
В табл.2 представлены механические свойства в долевом направлении термообработанной спрессованной полосы размером 5х60 мм, полученной из сбрикетированных волокон толщиной 50-70 мкм, т.е. закристаллизованных со скоростями охлаждения 2-7˙10^4оС/с. Термическая обработка состояла в закалке с температурой 530^оС в воду и старения при 170^оС в течение 6,0 ч.

Приведенные в табл.2 результаты показывают, что только соблюдение предлагаемого соотношения, когда 1 ≥ 300 Вт/см², позволяет получить достаточно высокий уровень свойств спрессованной полосы.

Уменьшение интенсивности 1 ниже заданного соотношением (например, 200, 100 и 50 Вт/см²) не позволяет получить нужную структуру волокна и необходимого комплекса прочностных и пластических характеристик полуфабриката.

Получаемые гранулы и волокна характеризуются определенной совокупностью их размеров, полученных при различных скоростях охлаждения.

Соотношение У > 2,63V_охл^0,45 является суммарным результатом обсчета более, чем 20 точек, характеризующих определенный набор размеров частиц (определенный набор скоростей охлаждения) и интенсивности ультразвука, приводящие к формированию субдендритной структуры и необходимого комплекса свойств. Эти результаты обсчитывались методом наименьших квадратов и определили зависимость, верную в пределах ошибки опыта.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКООБРАЗНОГО МАТЕРИАЛА из сплавов на основе алюминия, включающий перегрев расплава на 200 400^oС выше температуры ликвидуса, диспергирование его и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью создания субдендритной структуры в частицах материала, перегретый расплав перед диспергированием подвергают ультразвуковой обработке в режиме развитой кавитации с интенсивностью, определяемой из неравенства
y> 2,63 V0,4охл