способ изготовления горячедеформированных порошковых материалов

Формула изобретения

1. Способ получения горячедеформированных порошковых материалов, включающий механохимическую активацию стружки алюминиевого сплава Д-16 в среде насыщенного водного раствора ортоборной кислоты для получения стружкового порошка, приготовление его смеси с алюминиевым порошком, механохимическую активацию смеси стружкового и алюминиевого порошков, формование заготовок, их нагрев и горячее доуплотнение, отличающийся тем, что при получении стружкового порошка путем рассева выделяют фракцию -315 мкм, а в смесь стружкового и алюминиевого порошков вводят неактивированный порошок алюминия в количестве С_НПа=30-60 мас. %.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в смесь стружкового и алюминиевого порошков вводят неактивированный порошок алюминия в состоянии поставки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при получении горячедеформированных порошковых материалов на основе механохимически активированной смеси “стружкового” и алюминиевого порошков.

Известен способ изготовления горячедеформированного материала (Технология получения композиционного материала системы Аl-Аl₂О₃-В₂O₃ / Л.У. Котиева, Н.М. Иевлева, С.Д. Шляпин и др. // Цв. металлургия. - 1983 - №5. - С.25-28), включающий обработку алюминиевого порошка (т) АПС-1 (фракция 45-80 мкм) насыщенным водным раствором ортоборной кислоты (ж) т:ж=1:1, сушку порошка до постоянной массы при температуре 125°С, обжиг при 300°С, горячее прессованием в две стадии с медленным нагруженном при 436°С (1 стадия) и 473°С (2 стадия), обжиг брикета при температуре 520°С, прокатку брикета на шины.

Данный способ характеризуется высокой стоимостью исходных материалов, связанной с использованием порошка алюминия, и сложностью процесса из-за отсутствия предварительного формования заготовки, а также характеризуется низкой производительностью процесса, связанной с двухстадийным горячим прессованием.

Наиболее близким техническим решением является способ (Дорофеев Ю.Г., Безбородов Е.Н., Сергеенко С.Н. Горячедеформированные порошковые материалы на основе механохимически активированных порошков алюминия. / Порошковые и композиционные материалы, структура, свойства, технологии получения: Материалы Междунар. науч.-техн. конф., г.Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2002. - 172 с.), включающий предварительную механохимическую активацию алюминиевой стружки Д-16 при содержании насыщенного водного раствора ортоборной кислоты в шихте С _нр=20 мас.% в течение времени =3 ч с последующим выделением фракции -315 мкм путем рассева для получения “стружкового” порошка, механохимическую активацию в течение времени =1,8 ч смеси “стружкового” и алюминиевого порошков при концентрации “стружкового” порошка С_сп=50 мас.% и насыщенного водного раствора ортоборной кислоты С_нр=8 мас.% в шихте, холодное прессование заготовок давлением р_xn=350 МПа, их нагрев в воздушной атмосфере, при температуре t=650°С и времени _н=5 мин, горячее доуплотнение с приведенной работой w50 МДж/м³. При этом горячедеформированный порошковый материал имеет повышенные значения плотности _гш=2,88 г/см³, предела прочности на срез _ср=358 МПа и изгиб _и=325 МПа, пониженные значения коэффициента трения f=0,09 и удельного износа J=0,2 мкм/км в условиях граничного трения.

Данный способ характеризуется низким качеством получаемых изделий, связанным с пониженной пластичностью горячедеформированного материала на основе механохимически активированной смеси “стружкового” и алюминиевого порошков.

Решаемая задача - повышение качества горячедеформированных изделий сложной формы.

Задача решается тем, что в известном способе, включающем механохимическую активацию в среде насыщенного водного раствора ортоборной кислоты алюминиевой стружки Д-16 с последующим выделением фракции -315 мкм путем рассева для получения “стружкового” порошка и его смеси с алюминиевым порошком, формование заготовок, их нагрев и горячее доуплотнение, в механохимически активированную смесь “стружкового” и алюминиевого порошков вводят неактивированный порошок алюминия в состоянии поставки в количестве С_HПa=30...60 мас.%.

Пример 1. Технология изготовления горячедеформированного поршня (фиг.1) включает приготовление “стружкового” порошка, механохимической активацией стружки сплава Д-16 в шаровой планетарной мельнице САНД-1, используя шары диаметром d_ш=10 мм, при соотношении масс шаров и шихты S=10:1, содержании насыщенного водного раствора ортоборной кислоты в шихте С_нр=20 мас.%, в течение времени =3 ч и частоте вращения V_вр=290 мин^-1, с последующим выделением фракции -315 мкм; механохимическую активацию смеси “стружкового” и алюминиевого порошков проводят с аналогичными S, d_ш и V_вр, при концентрации “стружкового” порошка в шихте С_сп=50 мас.%, С_нр=8 мас.% и =1,8 ч; смешивание механохимически активированной смеси с неактивированным порошком алюминия в состоянии поставки при его содержании в шихте С_НПа=30 мас.% используя мельницу САНД-1, применяя шары диаметром d_ш=4,5 мм, при соотношении масс шаров и шихты S=1:1, в течение времени =5 мин и частоте вращения V_вр=140 мин^-1; формование пористых заготовок давлением р_хп=350 МПа, их нагрев в воздушной атмосфере при температуре t_н=650°С и времени _н=4 мин, горячее доуплотнение с приведенной работой w=15 MДж/м³. Данная технология позволяет получать бездефектные горячедеформированные поршни с равномерным распределением прочности при радиальном сжатии материала верхних , средних и нижних слоев поршня и минимальным разбросом значений твердости HRB8O-100 периферийных и центральных слоев ГДПМ нижнего торца поршня.

Пример 2. Изготовление горячедеформированного поршня проводят по следующей технологии: приготовление механохимически активированной смеси “стружкового” и алюминиевого порошков; смешивание механохимически активированной смеси с неактивированным порошком алюминия в состоянии поставки при его содержании в шихте С_НПа=60 мас.%, формование пористых заготовок давлением р_хп=300 МПа, их нагрев в воздушной атмосфере при температуре t_н =620°С и времени _н=4 мин, горячее доуплотнение с приведенной работой w=20 МДж/м³. При этом достигается бездефектное формирование горячедеформированного поршня, повышенная прочность при радиальном сжатии материала верхних и нижних слоев _р.с=200 МПа поршня и минимальный разброс значений твердости HRB55-SO периферийных и центральных слоев ГДПМ нижнего торца поршня.

Пример 3. Технология изготовления горячедеформированного поршня: приготовление механохимически активированной смеси “стружкового” и алюминиевого порошков; смешивание механохимически активированной смеси с неактивированным порошком алюминия в состоянии поставки при его содержании в шихте С_НПа=50 мас.%; формование пористых заготовок давлением р_хп=350 МПа, их нагрев в воздушной атмосфере при температуре t_н=620°С и времени _н=4 мин, горячее доуплотнение с приведенной работой w=20 МДж/м³. При реализации данной технологии достигается бездефектное формирование горячедеформированного поршня, повышенная прочность при радиальном сжатии материала верхних слоев поршня по сравнению с нижними и минимальный разброс значений твердости HRB70-80 периферийных и центральных слоев ГДПМ нижнего торца поршня.

Анализ параметров выполнения способа показывает, что динамическое горячее прессование пористых заготовок, сформованных на основе механохимической смеси “стружкового” и алюминиевого порошков с добавкой неактивированного порошка алюминия в состоянии поставки, смешанных в планетарной мельнице и нагретых в воздушной атмосфере, позволяет изготавливать высококачественные горячедеформированные поршни при снижении затрат на их изготовление.