Способ экструзии частиц из сплавов цветных металлов Советский патент 1993 года по МПК B22F3/02 B22F3/20 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к способу производства полуфабрикатов из порошков, и может быть использовано для утилизации стружковых отходов металлов.

При изготовлении методами ОМД полуфабрикатов из порошков металлов и сплавов приемом, усложняющим процесс, является брикетирование. Использование брикетов позволяет повысить плотность и массу заготовок под деформацию и решить проблему их подогрева без использования дорогостоящих и нетехнологичных оболочек. Однако сам процесс брикетирования, осуществляемый в режиме прессования, является малопроизводительным, трудоемким и требует дополнительного оборудо- вания. Поэтому известны попытки, создать непрерывный процесс брикетирования, а иногда - объединить его с процессом последующей обработки. Наиболее близким по технической сущности к настоящему техническому решению является способ и устрой- ствр для подачи порошка в пресс для

экструзии. Согласно прототипу в контейнер пресса с одной стороны устанавливают глухую съемную матрицу, а с другой - вводят шнековый транспортер, при помощи которого контейнер заполняют порошком. Затем транспортер удаляют, матрицу заменяют и- производят экструзию. Технологические приемы, описанные в прототипе, имеют следующие недостатки: 1. Поскольку возможности уплотнения порошковой массы шнеком невелики, она дополнительно распрессовывается в контейнере в процессе экструзии. Так как плотность полученного таким образом брикета меняется обратно пропорционально расстоянию от пресс-штемпеля, то затрудняется удаление воздуха, занимающего межчастичное пространство в материале. Это способствует возникновению непроваров, газовых пузырей и повышенного количества кислорода в полуфабрикатах и готовых прутках. 2. Применение съемных матриц приводит к необходимости вести процесс без пресс-остатка. Тогда величина противодавления в

Ё

XI О Ч СЛ

со

контейнере до заполнения материалом рабочей полости матрицы определяется только вытяжкой и оказывается недостаточной, что, в конечном итоге, сопровождается ухудшением прочности соединения частиц, особенно - в передних концах заготовок, В совокупности недостатки прототипа снижают качество полученных заготовок, за счет повышенного загрязнения газами недостаточной прочности соединения и низкой ста бильности свойств по длине.

Цель изобретения - повышение качества экструдированных заготовок.

Для достижения поставленной цели частицы нагревают до 0,4-0,5 абсолютной температуры плавления сплава, подают и уплотняют шнеком в контейнере пресса, стенки которого нагреты до 0.7-0,8 абсолютной температуры и производят экструзию с недопрессовкой высотой 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера, одновременно доуплотняя и догревая поданные в контейнер частицы в условиях градиента температур. При известных плотностях частиц после уплотнения шнеком (рш) и распрес- совки (р), высоту недопрессовки (определяют по соотношению

Рш+р

где L - длина рабочей полости контейнера.

Экструзия с недопрессовкой необходима для создания постоянного подлине заготовки противодавления, обеспечивающего стабильность свойств При экструзии без недопрессовки в начальный момент истечения до заполнения материалом рабочей полости матрицы величина противодавления низка и непостоянна во времени; вследствие чего возможно появления различных дефектов, в частности, расслоение переднего конца полученного прутка,:

Высоту недопрессовки (h) выбирают в пределах 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера (L) или подсчитывают из соотношения. .

Поддержание определенной высоты недопрессовки необходимо для повышения стационарности процесса, и создания условий при которых процесс уплотнения поданной шнеком в контейнер порошковой массы и выдавливания сформированной в предыдущем цикле и нагретой недопрессовки протекают параллельно и одновременно (совместно). Если недопрессовка имеет высоту h и плотность р, то масса плотностью РШ, поданная шнеком в контейнер с рабочей полостью длиной L, имеет высоту L - h. Тогда условие равенства масс hj (L - h) рш приводит к выражению

РШ +р

Плотность р слабо зависит от реологии порошковых частиц, определяется целиком давлением экструзии и составляет 0.9-1,0 абсолютной плотности. Плотность ,наоборот, существенно зависит от реологии частиц (чешуйки, осколки, сферы) и технологических параметров (состав сплава и его сопротивление деформации, температура, тип и конструкция шнека и т.п.). Практически рш меняется от 0,1 теоретической

для чешуек при достаточно низком давлении пресса до 1,0, если шнек может развить бесконечно большие давления. Тогда диапазон высот недопрессовки изменяется от минимума (при р рмакс 1, /Эш рмин 0,1)

5 до максимума (при р рш), т.е. лежит в пределах 0,11. h 0,5L .

Температура стенок контейнера (Тк) и равная ей температура экструзий выбираются в пределах 0,7-0,8 абсолютной температуры плавления (Тпл.). Если Тк 0,7 Тпл, снижается прочность соединения частиц и повышается сопротивление материала выдавливанию, что вынуждает снижать вытяжку при экструзии, еще более снижая прочность соединения. ЕслиТк 0,8ТПл резко возрастает склонность к внутренним дефектам и трещинам из-за частичного оп- лавления легкоплавких составляющих, присутствующих в сплавах, особенно сложного состава. Температуру нагрева частиц (Тч) выбирают в интервале 0,4-0,5 Тп. Подогрев частиц перед их подачей в контейнер позволяет повысить плотность при шнеко- вом уплотнении (/Эщ), сократить продолжительность выдержки при догреве в контейнере, а выполнение условия Тч Тк дает возможность осуществить доуплотне- нме от/Эш плотности расспрессовки ф) в условиях градиента температур. Если ,4 Тпл возрастает сопротивление их уплотнению как при шнековой подаче (рш), так и при обжатии прессом {р}, В результате уменьшается вес материала, единовременно находящегося в контейнере и возрастает время догрева, т.е. снижается производительность. Если ,5Тпл снижается градиент температур по длине загрузки и ухудшаются

5

0

5

5

условия газоотвода. В результате возрастает вероятность сохранения остаточной пористости, т.е. снижения качества материала или его стабильности. Совокупность описанных приемов позволяет повысить уровень и стабильность свойств компактных полуфабрикатов, то есть достичь повышения качества.

Все примеры приведены применительно к экструзии частиц меди и алюминия. Для экструзии использовали горизонтальный гидравлический пресс усилием 12 МН, шне- ковый транспортер, смонтированный на торце контейнера и муфельную нагревательную печь. Обогреваемый контейнер пресса имеет диаметр 170мм, общую длину 700 мм, рабочую длину 500 мм,

П р и м е р 1. Сравнение заявляемого способа с прототипом. Достижение цели. Объекты исследования: а) медный порошок состава Си - 0,05%Zr, размер частиц 0,045- 0,145 мм, получен газовым распылением расплава; б) отходы алюминиевого сплава Ak5M2 в виде стружки с максимальным размером частиц 5-10 мм. По прототипу медный порошок нагревали до 600°С, загружали шнеком в контейнер с той же температурой и экструдировали с вытяжкой А 20. Алюминиевую стружку обрабатывали аналогичным образом при 400°С. По предлагаемому способу экструзию вели с недоп- рессовкой, и совмещали с доуплотнением. Частицы перед подачей в контейнер подогревали, а окончательный нагрев и доуп- лотнение проводили в условиях градиента температур. Параметры технологии по предлагаемому способу приведены в табл. 1.1.

Механические свойства материалов, полученных по прототипу и предлагаемому способу определяли на образцах, вырезанных вдоль оси экструдированных прутков.

Приведенные в табл. 1.2. данные показывают; что материал, полученный по предлагаемому способу, имеет более высокое качество, выражающееся в повышенных значениях прочности и относительного удлинения и более высокой стабильности. Этот эффект достигается: а) за счет экструзии с недопрессовкой, что обеспечивает постоянное по длине прутка противодавление и величину среднего напряжения всестороннего сжатия.

б) градиентного нагрева находящейся в контейнере порошковой массы, что активирует направленный газоотвод как при ижековом, так и при доуплотнении. В соответствии с этим снижается остаточная пористость и пораженность прутка газовыми

пузырями, а также возрастает прочность соединения частиц за счет роста эффективной поверхности соединения.

Эти обстоятельства приводят к отме- 5 ченному положительному изменению уровня и стабильности свойств, то есть свидетельствуют о достижении поставленной цели.

П р и м е р 2. Определение высоты не0 допрессовки.

Э кструдируют с вытяжкой А 9 стружку из алюминиевого сплава АД1. Температура подогрева частиц 100°С (0,4 Т/ТПЛ), температура стенок контейнера 430°С (0,75 Т/

5 Тпл), плотность материала после шнекового уплотнения (рш) и после доуплотнения (/), определенные в независимых экспериментах: рш 0,25 теоретической (0,68 г/см3), р- 0,95 (2,61 г/см Первая недопрессОв0 ка высотойЗООмм(.6)изготавливается в независимом эксперименте. Дальнейший процесс ведут, разделяя специальными прокладками объемы распресеованного и уплотненного шнеком материала. Высоту

5 недопрессовки измеряют из условия постоянства массы через длину полученного из нее прутка. Результаты эксперимента сведены в табл. 2.1.

Видно, что в условиях произвольно за0 данной высоты недопрессовки первые сутки, полученные по предлагаемому способу имеют различную длину, что соответствует различной, меняющейся от экструзии к экструзии, высоте недопрессовки и раз5 личной высоте и массе материала, подаваемой шнеком в контейнер. При начальной высоте недопрессовки h/L 0,6 процесс . стабилизируется к 5-6 экструзии; при до- полнительном повышении h/L или сниже0 нии его ниже 0,1, количество экструзий, необходимых для стабилизации процесса возрастает. Процесс стабилизуется, когда экспериментально установленная высота недопрессовки становится равной высоте,

5 подсчитанной по соотношению (1). Следовательно, высота недопрессовки в диапазоне 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера или равная величине определяемой соотношением (1)обеспечивает максимальнуюста0 ционарность процесса доуплотнения при одновременно протекающих экструзии и доуплотнения.

П р и м е р 3. Определение температурных параметров способа.

5 Объект компактирования: частицы из алюминия марки АД1 в виде резаной стружки размером до 10 мм. Температура плавле- . ния материала 993 К. Плотность стружки в. свободно засыпанном состоянии ро - 0,17.

плотности рш (в зависимости от температуры подогрева стружки) и р (в зависимости от температуры стенок контейнера) определяли в независимых экспериментах, а высоту недопрессовки рассчитывали по соотношению (1). Результаты экспериментов

(табл. 3.1) показывают, что несоблюдение ограничительных температурных параметров способа (Варианты 1, 4, 5, 8) сопровождается появлением недостатков, исключающих возможность его использования.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Сущность изобретения: осуществляют экструзию частиц с недопрес- совкой 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера. Частицы подогревают до температуры 0,35-0,5 температуры их плавления, а стенки контейнера и недопрессовку - до 0,7-0,8 то же температуры, подают порошок шнеком в контейнер, а затем доуп- лотняют их совместно с экструзией недопрессовки в условиях градиента температуры по длине. 3 табл,

Формулаизобретения

Механические свойства прутков и частиц медных и алюминиевых сплавов, полученных

по прототипу и предлагаемому способу

ратуры плавления сплава, а температуру стенок контейнера и недопрессовки поддерживают равной 0,7-0,8 температуры плавления сплава.

где рш - плотность частиц после уплотнения шнеком; .

р - плотность частиц после доуплотне- ния;

L - длина рабочей полости контейнера.

Таблица 1.1

Таблица 2.1

Таблица ЗЛ