СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Советский патент 1996 года по МПК B22F9/04 C22C1/05 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству дисперсноупрочненных алюминиевых сплавов.

Целью изобретения является повышение прочности дисперсноупрочненных алюминиевых сплавов.

Составы смеси и составы дисперсноупрочненных материалов для случая введения в исходную смесь 4,5% магния (как и в прототипе) и карбоната в количестве, обеспечивающим связывание магния кислородом карбоната в оксид, исходя из условий стехиометрии, приведено в таблице 1.

При обработке в энергонапряженной мельнице, между исходными компонентами смеси протекают трибохимические реакции, которые на первой стадии приводят к полному или частичному распаду карбонатов, а на второй стадии происходит образование упрочняющих фаз. В результате взаимодействия магния с кислородом образуется оксид магния (MgO), алюминия с углеродом карбид алюминия (Al₄C₃), алюминия с элементом, образовавшимся карбонат алюминия или твердый раствор этого элемента в алюминии.

После механического легирования композиция имеет форму гранул с размером 0,2-0,5 мм и является диперсноупрочненной с микротвердостью 1500-1700 МПа. Окончательное формирование структуры и свойств материалов происходит при термической обработке, которая проводится при 500-600^oC в течение более 0,5 ч и при получении полуфабрикатов горячей экструзией.

Материалы, получаемые по предлагаемому способу, характеризуются дисперсным и равномерным распределением упрочняющих фаз оксида магния, карбида алюминия и алюминидов. Толщина частиц оксидов и карбидов не превышает 15 нм, алюминидов 40 нм. Общее количество алюминидов по сравнению с прототипом уменьшается примерно в два раза.

Достигнутый положительный эффект подтверждается следующими примерами.

П р и м е р 1. Порошки алюминия и одного из карбидов и магния, взятого в количестве 4,5% по массе, в присутствии поверхностно-активного вещества в количестве 1% от общей массы обрабатываемой смеси подвергали обработке в течение 6 ч в изолированной водоохлаждаемой помольной камере вибромельницы при амплитуде колебаний 5 мм, частоте колебаний 25 с^-1, степени заполнения помольной камеры шарами 80% отношении объема шаров к объему смеси 6. Содержание легирующей добавки карбоната во всех взято стехиометрично количеству магния и обеспечивало образование 7,5% оксида магния. Полученную после механического легирования гранулированную композицию подвергали термической обработке при 550^oC в течение 1 ч. Полуфабрикаты в виде прутков 12 мм получали экструзией гранулированных композиций при 450^oC со степенью обжатия 90% Скорость истечения материалов составляла 0,12 м/с. Предел прочности при растяжении материалов, полученных по заявляемому способу и прототипу приведен в таблице 2.

Исходный состав и состав дисперсноупрочненных композиционных материалов, получаемых по предлагаемому способу, соответствуют составам, приведенным в табл.2.

Относительное удлинение материалов составляло 2-3%
П р и м е р 2. В табл.3 приведены свойства композиционных материалов, легированных карбонатом марганца (MnCO₃), в зависимости от содержания магния и карбоната марганца в исходной смеси. Гранулированные композиции получены механическим легированием в течение 5 ч в исходной смеси. Гранулированные композиции получены механическим легированием в течение 5 ч в аттриторе при частоте вращения вала с импеллерами 20 с^-1, в степени заполнения помольной камеры шарами 65% отношении объема шаров к объему смеси 10. Перед горячей экструзией при 450^oC со степенью обжатия 90% гранулированные композиции подвергали термической обработке при 550^oC в течение 1 ч.

П р и м е р 3. В табл.4 приведены свойства композиционного материала в зависимости от технологических параметров обработки порошковой смеси состава 38,3% Al + 7,2% MnCO₃ + 4,5% Mg. В смесь дополнительно введено 1,0% стеариновой кислоты.

Как следует из данных, приведенных в примерах 1, 2, 3 (табл.2, 3, 4), данное изобретение по сравнению с известными способами обеспечивает увеличение предела прочности при 20^oC на 50-180 МПа, а при 400^oC на 20-40 МПа.

Порошки алюминия, одного из карбидов и магния, взятого в количестве 4,5 мас. % в присутствии поверхностно-активного вещества в количестве 1 мас.% подвергают обработке в течение 6 ч в водоохлаждаемой помольной камере вибромельницы при амплитуде колебаний 5 мм, частоте колебаний 25 с^-1, степени заполнения помольной камеры шарами 80%, отношении объема шаров к объему смеси 6. Содержание легирующей добавки - карбоната - обеспечивает образование 7,5% оксида магния. Полученную после механического легирования гранулированную композицию подвергают термической обработке при 550^oC в течение 1 ч. Полуфабрикаты в виде прутков 12 мм получают экструзией гранулированных композиций при 450^oC со степенью обжатия 90%. Скорость истечения материала составляет 0,12 м/с. Способ обеспечивает повышение прочности дисперсноупрочненных алюминиевых порошковых сплавов. 4 табл.

1. Способ получения дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов, включающий размол порошков алюминия, легирующей добавки и не более 4,5 мас. магния в присутствии поверхностно-активного вещества не более 1 мас. в вибромельнице или аттриторе, термическую обработку при температуре не менее 500°С и горячую экструзию гранулированной дисперсноупрочненной композиции, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности дисперсноупрочненных сплавов, в качестве легирующей добавки используют карбонаты в количестве не более 20% от количества карбоната металла, необходимого для связывания 4,5% магния в оксид кислородом карбоната по условию стехиометрии. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размол в вибромельнице проводят в течение не менее 3 ч при амплитуде колебаний помольной камеры 4 6 мм, частоте колебаний 20 30 с^-1, степени заполнения помольной камеры шарами 60 90% и отношении объема шаров к объему смеси не менее 4. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размол в аттриторе проводят при частоте вращения вала с импеллерами 15 25 с^-1, степени заполнения помольной камеры шарами 55 75% и отношении объема шаров к объему смеси не менее 7. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую обработку проводят при 500 600°С в течение не менее 0,5 ч.