Способ экструзии частиц из сплавов цветных металлов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 Т 97 АЗ П 9) ц 5 В 22 Р 3/02, 3/20 ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ ССС АТЕНТНОЕ ЕТЕ порошковой ретения; осус недопресчей полости вают до темы их плавлеопрессовку - , подают по- затем доупэкструзией иента темпеОПИСАНИЕ ИЗК ПАТЕНТУ(54) СПОСОБ ЭКСТРУЗИИ ЧАСТИЦ ИЗСПЛАВОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВИзобретение 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 брикетовпозволяет повысить плотность и массу заготовок под деформацию и решить ; проблему их подогрева без использованиядорогостоящих и нетехнологичнйх оболочек, Однако сам процесс брикетирования, осуществляемый в режиме прессования, .является малопроизводительным, трудоемким и требует дополнительного оборудо-вания, Поэтому известны попытки, создать непрерывный процесс брикетирования, аиногда - объединить его с процессом последующей обработки, Наиболее близким по технической сущности к настоящему техническому решению является способ и устрой-ство для подачи порошка в пресс для(57) Изобретение относится к металлургии. Сущность изоб ществляют экструзию частиц совкой 0,1 - 0,5 длины раба контейнера. Частицы подогре пературы 0,35 - 0,5 температур ния, а стенки контейнера и нед до 0,7 - 0,8 то же температурь рошок шнеком в контейнер, а лотняют их совместно с недопрессовки в условиях град ратуры по длине. 3 табл,экструзии. Согласно прототипу в контейнер пресса с одной стороны устанавливают глухую съемную матрицу, а с другой - вводят шнековый транспортер. при помощи кото рого контейнер заполняют порошком, Затем транспортер удаляют, матрицу заменяют и производят экструзию. Технологические приемы, описанные в прототипе, имеют следующие недостатки: 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 в1797516 Рщ +Р р.+р30 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, эа счет повышенного загрязнения газами недосгаточной 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 15 температуры плавления сплава, подают и уплотняют шнеком в контейнере пресса, стенки которого нагреты до 0,7-0,8 абсолютнойй температуры и производят экструзию с недопрессовкой высотой 0,1-0,5 длины ра бочей полости контейнера, одновременно доуплотняя и догревая поданные в контейнер частицы в условиях градиента темпе.- ратур, При известных плотностях частиц после уплотнения шнеком ( рщ) и распрес совки (Р), высоту недопрессовки (Ь) определяют по соотношению где- длина рабочей полости контейнера.Экструзия с недопрессовкой необходима для создания постоянного по длине заготовки противодавления, обеспечивающего ЗБ стабильность свойств. При экструзии без недопрессовки в начальный момент истечения до заполнения материалом рабочей полости матрицы величина противодавления низка и непостоянна во времени, вследст вие чего возможно появления различных дефектов, в частности, расслоение переднего конца пОлученного прутка,Высоту недопрессовки (и) выбирают в пределах 0,1 - 0,5 длины рабочей полости 45 контейнераили подсчитывают из соотношенияЯшРщ Р . 50Поддержание определенной высоты недопрессовки необходимо для повышения стационарности процесса, и создания условий при которых процесс уплотнения поданной шнеком в контейнер порошковой массы 55 и выдавливания сформированной в предыдущем цикле и нагретой недопрессовки протекают параллельно и одновременно (совместно). Если недопрессовка имеет высоту Ь и плотность р, то масса плотностью рщ, поданная шнеком в контейнер с рабочей полостью длиной , имеет высоту- В, Тогда условие равенства масс и э = ( - Ь) рщ приводит к выражению Плотность р слабо зависит от реологии порошковых частиц, определяется целиком давлением экструзии и составляет 0.9-1,0 абсолютной плотности. Плотность рщ,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 рщ меняется от 0,1 теоретической для чешуек при достаточно низком давлении пресса до 1,0, если шнек может развить бескойечно большие давления, Тогда диапазон высот недопрессовки изменяется от минимума (при р = Рмакс = 1, Рщ = Рмин = 0 1) до максимума (при р= рщ), т,е, декит в пределахО, 11Ь0,5 Температура стенок контейнера (Тк) и равная ей температура экструзии выбираются в пределах 0,7 - 0,8 абсолютной температуры плавления (Тпл,). Если Т0,7 Тпл, снижается прочность соединения частиц и повышается сопротивление материала выдавливанию, что вынуждает снижать вытяжку при экструзии, еще болев снижая прочность соединения, Если Тк 0,8 Тпд резко возрастает склонность к внутренним дефектам и трещинам из-за частичного оплавления легкоплавких составляющих, присутствующих в сплавах, особенно сложного состава. Температуру нагрева частиц (Тн) выбирают в интервале 0,4-0,5 Тп. Подогрев частиц перед их подачей в контейнер позволяет повысить плотность при шнековом Уплотнении (Рщ), сокРатить пРодолкительйость выдержки при догреве в контейнере, а выполнение условия ТчТк дает возможность осуществить доуплотнение отрщ плотности РасспРессовки о) в Условиях градиента температур. Если Тн 0,4 Тпл возрастает сопротивление их уплотнению как при шнековой подаче щ), так и при обжатии прессом о), В результате уменьшается вес материала. единовременно находящегося в контейнере и возрастает время догрева, т.е, снижается производительность, Если ТчО,БТпл снижается градиент температур по длине загрузки и ухудшаютсяэкструзии использовали горизонтальный гидравлический пресс усилием 12 МН, шнековый транспортер, смонтированный на торце контейнера и муфельную нагревательную печь. Обогреваемый контейнер 15 пресса имеет диаметр 170 мм, общую длину 700 мм, рабочую длину 500 мм.П р и м е р 1, Сравнение заявляемого способа с прототипом. Достижение цели. 20 состава Со - 0,05%юг, размер частиц 0,045 - 0,145 мм, получен газовым распылением расплава; б) отходы алюминиевого сплава А 15 М 2 в виде стружки с максимальным размером частиц 5-10 мм. По прототипу мед ный 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 пред- ЗО 35 40 50 зии с недопрессовкой, что обеспечивает постоянное по длине прутка противодавление и величину среднего напряжения всестороннего сжатия.б) градиентного нагрева находящейся в 55 контейнере порошковой массы, что активирует направленный газоотвод как при шнековом, так и при доуплотнении, В соответствии с этим снижается остаточная пористость и порэженность прутка газовыми 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 Объекты исследования; а) медный порошок лагаемому способу экструзию вели с недопрессовкой, и совмещали с доуплотнением, Частицы перед подачей в контейнер подогревали, а окончательный нагрев и доуплотнение проводили в условиях градиента температур. Параметры технологий 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 экстру 5 10 пузырями, а также возрастает прочность соединения частиц за счет роста эффективной поверхности соединения.Эти обстоятельства приводят к отмеченному положительному изменению уровня и стабильности свойств, то есть свидетельствуют о достижении поставленной цели,П р и м е р 2, Определение высоты недопрессовки,Экструдируют с вытяжкой А = 9 стружку из алюминиевого сплава АД 1. Температура подогрева частиц 100 ОС (0,4 Т/Тп,), температура стенок контейнера 430 С (0,75 Т/ Тпп), плотность материала после шнекового уплотнения (ош) и после доуплотнения ( р), определенные в независимых экспериментах: р 122 = 0,25 тео етической (0,68 г/см ),з р,96 12,61 г/см"1. Первая онедоорессовкам высотой 300 мм(Ь/1 =0,6) изготавливается в независимом эксперименте. Дальнейший процесс ведут, разделяя специальными прокладками обьемы распрессованного и уплотненного шнеком материала, Высоту недопрессовки измеряют из условия постоянства массы через длину полученного из нее прутка. Результаты эксперимента сведены в табл, 2.1.Видно, что в условиях произвольно заданной высоты недопрессовки первые сутки, полученные по предлагаемому способу имеют различную длину, что соответствует различной, меняющейся от экструзии к экструзии, высоте недопрессовки и различной высоте и массе материала, подаваемой шнеком в контейнер. При начальной высоте недопрессовки и/1. = 0,6 процесс стабилизируется к 5-6 экструзии; при дополнительном повышении У или снижении его ниже 0,1, количество экструзий, необходимых для стабилизации процесса возрастает, Процесс стабилизуется, когда экспериментально установленная высота недопрессовки становится равной высоте, подсчитанной по соотношению (1). Следовательно, высота недопрессовки в диапазоне 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера или равная величине определяемой соотношением (1) обеспечивает максимальную стационарность процесса доуплотнения при одновременно протекаюпцих экг;трузии и доуплотнения.П р и м е р 3, Определение температурных параметров способа.Объект компактирования: частицы из алюминия марки АД 1 в виде резаной стружки размером до 10 мм, Температура плавления материала 993 К, Плотность стружки в свободно засыпанном состоянии ро = 0,17,1797516 Табл и ца 1.1 Таблица 1.2 Механические свойства прутков и частиц медных и алюминиевых сплавов. полученн по прототипу и предлагаемому способу 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 со отношению (1), Результаты экспериментов Формула изобретения 1. Способ экструзии частиц из сплавов цветных металлов, включающий подачу и уплотнение частиц шнеком в рабочей полости контейнера пресса, доуплотнение их пресс-штемпелем и экструзию, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения качества, экструзию осуществляют с недопрессовкой высотой, равной 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера, а доуплотнение частиц ведут совместно с экструзией в условиях градиента температуры по длине.2, Способ по п.1, отл ич а ю щи й с я тем, что для создания градиента темпера. туры частицы перед подачей в контейнер нагревают до 0.4-0,5 абсолютной темпе(табл. 3.1) показывают, что несоблюдение ограничительных температурных параметров способа (Варианты 1, 4, 5, 8) сопровождается появлением недостатков, исключающих возможность его использования. ратуры плавления сплава, а температуру стенок контейнера и недопрессовки поддерживают равной 0,7-0,8 температуры плавления сплава,3. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что высоту недопрессовки определяют иэ соотношения где рш- плотность частиц после уплотнения шнеком;р - плотность частиц после доуплотнения;- длина рабочей полости контейнера.10 1797516 Табл и ца 2.1 1 ч зкспе имента 21 3 8 Длина прутка из недопрессовки, ммВысота недопрессовки, и, ммй/ 453 53 0,1 1890 104 0,21 10081180,24 855 100 0,2 900 105 0,21 890 104 0,21 890 104 0,21 25653000,6 Табл и ца 3.1 Раз- мер- ность ЬМ ва ианта Переменный пара- метр 240 0,5351,1 0,4 2,75 1,0 0,47 0,17 2,48 0,90 0,68 0,25 2,61 0.95 1,22 0,44 2,7 0,98 1,27 0,46 2,72 0,99 1.1 0,42,75 1,0 1,1 0,42,75 1,0 1,1 0,42,75 ,0 0,28 14210285 0,28 14210285 0,2 100 9,00 0.31 155 1400 0,32 158 1420 газовые пузырьки в прут- ке Ь/Ь,мммм Составитель Техред М,Моргентал Редактор Т. Шагова КоРРектоР Н. Бучок Заказ 660 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобрегениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ТемператураподогревачастицТемператураподогревастенок контейнераВытяжка приэкструзииПлотность/загрузкиПлотностьнедопрессовкиВысота недопрессовкиДлина выдавленногопрутка 0,16 75 675 низкая произ- водительн, дефекты, изза непрог- рева 0,28 142 прочессне идет из-за высокого со- противления дефор- мации 0,28 142 10285 трещины изза частичного оплав- ления