Способ получения композиционного дисперсно-упрочненного материала на основе алюминия

(71) Могилевский машиностроительный инстИтут(56 Буше Н.А, и др. Исследование свойств прссованных полос, полученных 4 з гранул алюминиевого сплава с 15 свинца, 30 ол ва и 10 меди, Труды ВНИИ желеэнодо-ро ного транспорта, 1972, вып. 473, с,46-54, (54 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИО НОГО ДИСПЕРСНОУПРОЧНЕННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ (571 Сущность способа заключается в том, чтопри получении композиционньх материалсв на основе алюминия проводят реакциИзобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству жаропрочных антифрикционных материалов,Целью изобретения является расширение технологических возможностей процесса ва счет получения антифрикционных сплавов на основе системы алюминий-свинец с высокими характеристиками твердости ,и прочности.Цель достигается способом, включающим получение гранулированной компози-. ции на основе алюминия механическим легированием с последующим изготовлением йолуфабрикатов экструзией, в котором согласно изобретению гранулированную композицию получают последовательным механическим легированием алюминия оксидами и свинцом в энергонапряженной 505 В 22 Р 9/04, С 22 С 1/05 онное механическое легирование путем двухстадийного размола сначала смеси порошка алюминия с оксидными соединениями, имеющими термодинамический потенциал образования соединения больший, чем у оксида алюминия (оксиды меди, кобальта, никеля, молибдена, марганца, железа, хрома, бора, титана). Размол ведут в течение 1-1,5 ч. В полученную смесь вводят добавку свинца и проводят вторую стадию размола в течение не менее 2 ч. Полученную композицию гранулируют и термообрабатывают при 450-530 С, Затем материал подвергают горячей экструзии при 370-430 С Способ обеспечивает получение антифрикционных материалов системы алюминий- свинец с высокими характеристиками твердости и прочности, 3 табл. мельнице с нормальным уседанием разма- а лывающих тел, равным 90-130 м/с, в две 0 р стадии. На первой стадии продолжительностью 1,0-1,5 ч осуществляется реакционное механическое легирование алюминия оксидами элементов с термодинамическим по- ЬЭ тенциалом образования большим, чем у 0 оксида алюминия вводимого в количестве СО до 100/О от общей массы смеси, а на второй стадии продолжительностью не менее 2 ч образовавшаяся после первой стадии порошковая композиция механически легируется свинцом.Следующими отличительными признаками изобретения является то, что полученная после механического легирования гранулированная композиция подвергается термической обработке при 450-530"С в течение не менее часа, а изготовление пол 1803268110 15 20 25 30 35 40 45 50 уфабрикатов из брикетов осуществляется горячим прессованием при 370-430 С.Примеры влияния заявляемых технологических факторов на твердость, прочность и пластичность антифрикционных материалов на основе системы алюминий-свинец приведены в табл.1.В качестве легирующего компонента в этом случае использован оксид меди.Реакционное механическое легирование алюминия оксидами элементов с термодинамическим потенциалом образования большим, чем у оксида алюминия (оксиды меди, кобальта, никеля, молибдена, марганца, железа, хрома, бора, титана)приводит к протеканию механохимических реакций между алюминием и легирующим оксидом с образованием оксида алюминия и восстановленного элемента, легирующего основу или образующего с алюминием алюминид. Фазы, образующиеся на стадии механического легирования, находятся в ультрадисперсном состоянии, равномерно распределены в основе и приводят к дисперсному упрочнению ее. При механическом легировании протекают одновременно два процесса - разрушейие частиц исходного порошка и образование новых путем сварки осколков. На первом этапе механического легирования преобладает разрушение частиц и имеет место измельчение смеси, на втором этапе преобладает сварка и происходит формирование и рост гранул, на третьем этапе устанавливается динамическое равновесие между разрушением и сваркой,при этом рост гранул прекращается,При реакционном механическом легировании алюминия оксидами в течение 1,0- 1,5 ч реализуется только первый этап, на котором происходит измельчение порошков, сопровождающееся протеканием механохимических реакций, вызывающих образование ультрадисперсных частиц оксида алюминия, интерметаллидов и легирование основы, На этом этапе в тонкоизмельченную смесь до начала процесса грануляции вводится порошок свинца. Механическое легирование свинца дисперсными частицами оксида алюминия и интерметаллидов, образующихся на первой стадии обработки, приводит к его охрупчиванию, измельчению и равномерному распределению в гранулах композиции. Причем как гранулы в целом,так И составляющие их- алюминий и свинец являются дисперсноупрочненными ультрадисперсными частицами оксида алюминия и алюминидами, Минимальная продолжительность механического легирования для завершения процесса грануляции после введения в смесь свинца составляет 2 ч, Это3значение и является минимально необходимым для завершения механического легирования свинцом - нижняя граница, Верхнююграницу продолжительности механическоголегирования свинцом устанавливать не целесообразно, так как увеличение размоласвыше 2 ч отрицательного влияния на свойства не оказывает (см. опыты 21-25,.табл.1),Дисперсноупрочненные гранулированные композиции на основе системы алюми- .ний-свинец непосредственно послемеханического легирования являются термодинамическими неравновесными системами, так как взаимодействие междуалюминием и легирующим оксидом в процессе механического легирования до концане протекает. С целью достижения болееполного взаимодействия между алюминиеми легирующим оксидом гранулированнаякомпозиция или холоднопрессованные брикеты из нее подвергаются термической, обработке, Нижний уровень температуры термическойобработки 450 С, верхний - 530 С (см.опыты 29-33, табл.1), Обработка при температурах ниже и выше указанного интервалане позволяет получитькачественного материала, Полуфабрикаты, полученные экструзией, в этом случае имели дефекты ввиде трещин и надрывов, предотвратитькоторые оптимизацией режима экструзиине представляется возможным. Нижнийуровень производительности термическойобработки равен 0,5 ч, Ограничение верхнего уровня продолжительности термическойобработки не является целесообразным, таккак при продолжительности термическойобработки более 0,5 ч полуфабрикаты вовсех случаях имели хорошее качество и высокий уровень механических свойств (см,опыты 34-37, табл,1).Нижний уровень температуры горячегопрессования - экструзии полуфабрикатов370 С, верхний - 430 С. Полуфабрикаты,полученные выше и ниже указанного интервала, разрушались в процессе экструзиисм. опыты,38-42, табл.1),Материалы, полученные по заявляемому способу, являются жаропрочными. Длительная выдержка при температурах до500 С не оказывает существенного влиянияна твердость, прочность и пластичность материалов.Влияние температуры отжига на свойства материала, содержащего в исходнойсмеси 15 свинца и 5 оксида меди СиО),приведено в табл. 2,Механическое легирование осуществляли в вибромельнице с ускорением размалывающих шаров 110 м/с . Продолжительность2первой стадии механического легирования составляла 1 ч, продолжительность второй стадии - 3 ч. Термическую обработку гранулированной композиции проводили при 500 С в течение 1 ч, Полуфабрикаты получе ны горячим прессованием при 400 С со степенью пластической деформации 80,В связи с тем, что материалы, получаемые по прототипу, не являются антифрикционными и по антифрикционным показателям на 10 порядок уступают сплавам на основе системы алюминий-свинец, свойства материалов, из- готовленных согласно данному изобретению, сопоставлены со свойствами лучших известных антифрикционных на основе 15 алюминия.Испытания материалов, полученных согласно изобретению, проводили при условиях, применяемых в аналогах, При увеличении предельной нагрузки с 2 до 20 20 МПа коэффициент трения линейно увеличивался с 0.003 до 0,02 и всегда оставался ниже, чем у аналогичных материалов, При удельной нагрузке 10 МПа и скорости скольжения 1.0 м/с износ материалов, получен ных по разработанной технологии, не превышал 1 мкм/км. В аналогах этот показатель находится в пределах 1,5-5,0 мкм/км, Предельная рабочая температура тел трения, изготовленных из заявляемых 30 материалов 340 С, в то время как в аналогах она не превышает 230 С.Свойства материалов, получаемых согласно изобретению, мало зависят от природы легирующего оксида, и во всех случаях 35 превосходят свойства известных материалов.Влияние природы легирующего оксида на свойства материалов представлены в , табл.3. 40Содержание легирующего оксида в исходной смеси составляло 5; по массе. содержание свинца 5,ь, Технолоич. скис ус ловия получения материалов аналогичны ус ловиям получения материала, результаты испытания которого представлены в табл.2.Как следует из данных, приведенных в табл,1-3, разработанный способ получения антифрикционных материалов на основе системы алюминий-свинец по сравнению с известными повышает твердость и прочность в 2 раза; стойкость против отжига и предварительную рабочую температуру в 1,5 раза и улучшает антифрикционные свойства материала.Формула изобретенияСпособ получения композиционного дисперсноупрочненного материала на основе алюминия. включающий совместный размол порошка алюминия с легирующими добавками оксидов в вибромельнице в присутствии раэмольных тел, термическую обработку гранулированной смеси и горячую экструзию, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет формирования антифрикционных сплавов на основе системы алюминий-свинец с высокими характеристики твердости и прочности, в качестве оксидов используют оксидные соединения элементов с термодинамическим потенциалом их образования большим, чем у оксида алюминия, в количестве до 10 мас, о и в качестве дополнительной легирующей добавки берут свинец, размол проводят с ускорением размалывающих тел 90-130 м/с в две стадии: сначала размолу подвергают смесь порошка алюминия с оксидами в течение 1,0-1,5 ч и затем осуществляют размол полученной смеси с добавкой свинца в течение не менее 2 ч, а термическую обработку проводят при температуре 450-530 С,1803268 аппмч Влипни тгнпн с и етппт нт,попсн сставя и , лй тсн нд свойстдд амфричнп. и ам дд ос юя снстсмм алюминий вн уст вт я неаннческстго пе. гировдння иа пергий стдони Условия терни. ческм обрафт-н нОнпОзниии УСови Еанн егмтп и. тиоодачия на второй стаями нр ониа теира. туоа Эсрутин, С НеаннчаеЕ се метет пп у. фаприасов СПЛГРД нЕ свинца, 2 гю ндссе топпол"тель.ктсть ие" усооснне раз. наливающих теп, м/с таЕРЛОСтьПО, Н 1 д солсо.нме пе"гмрую.щего о.сила,тю нгсе игты тлп нгннд,прелгптн пррастиенин,Нд ротктп.тель у коренс Разналнеаю. них теп, и/с температура, ( прпсдтп"нтельнсть,ктоь ме" аничеСхвнического петидоеания.ч кото пе. гирования,ч400 400 100 110 5004508501000 110 130 110 19 15 110 110 400 5 ПО 500 500 500 500 21 120 15 400 400 400 400 В 320 360 40 130 10 110 12 10 15 15 15 110 110 1 Э 14 1300900 110 110 110 1 О 15 6 400 15 500 70 500 30 17 110 400 500 15 15 15 15 15 1515 15 90 110 310 14 900 17 18 19 20 400 400 400 400 400 400 400.400 500 110 360 400 10 1 О 1000 14 1 б 11 О 1100 500 500 900 1000 1100 1100 500 500 500 500 500 500 500 ЭО 130 1 ЗО 310 360 Э 90 390 10 150 10 1 О 2 г 22 110 18 10 10 110 23 24 25 26 27 28 110 110 12 110 1 О 2 З,О Э,О 3,0 З,О 1300 420 81100 4 О 10 400 400 400 400 1,0 1,0 1,0 1,0 500 500 500 400 11 П 1,0 1,0 10 10 110 110 000 360 10 15 15 11 П 1,0 1,0 110 Полуфабрикат разруепса поЭкструзии900 340 141000 360 101100 380 12 110 110 29 1,0 ,0 1,0 1,0 450 500 530 550 400 400 400 400 15 5 15 15 з,о 3,0 3,0 3,0 110 5,0 5,0 5,0 5,0 1,О 1.0 1,0 1,0 30 31 32 33 11 О 110 110 110 110 Полуфабрикат раэрувился приэкструзии 110 110 400 5,0 Полуфабрикат Раэрумнпся прнэкструзии1000 350 11 0,25 500 510 34 1,0 10 110 400, 400 400 350 500 500 500 0,5 2,0 4,0 15 15 15 Э,О з,о 3,0 3,0 5,0 5,0 5,0 5,0 1.0 1,0 1,0 1,0 1 О 35 36 37 150 380 12 450 380 2 110 110 110 110 110 Полуфабрикат разруцнлся приЭкструзии 1,0 500 15 110 1000 350 1 О 370400430450 1,0 1,0 1,0 1,0 500 15 15 15 15 3,0 3,0 З,О Э,О 110 5,0 5,0 5,0 5,0 110 39 40 1000 360 500 500 500 1,0 110 110 1000 350 13 4 110 1,0 10 Полуфабрикат разруглся прэкструзии 1,0 42 10 10 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0 0,5 1,0 1,5 2,0 1,0 ,8 1,0 1,0 1,01,0 1,0 1,0 1,0 1,01,01,0 1,0 1,0 1,О 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5.0 5,0 0 2 50 12 5,0 5,0 5,0 5.0 5,0 5,0 5.0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,05,0 3,0 з,о 3,0 3,0 3,0 З,П З,П З,П 3 П 3,0 З,О 3,0 Э.О з,о З.о 3,0 з,о З,О Э,о 1,0 2,0 3,0 5,0 1 О,П 1,0 1,0 1,0 1,0 1,О1,О 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 ,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 ,0 ,0 1,0 1,0 1,0 1,010 1803268 Таблица 2 Влияние температуры отжига на свойства материала. содержащего в исходной смеси 15 свинца и 5 ф оксида меди (СцО) Продолжительность отжига 10 часовблица 3 Влияние природы легирующего оксида на свойства материалов на основе системы "алюминий-свинец" Легирующий оксид ко-механические свой те иал Твердость МПа0 6 5 330 345 340 340 9 ,8 5 ред М.Моргента рректор Л, Фи дактор аказ 1025 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго Га а,10 СцО Соз 04 йгОз МоОз Мп 0 г ЕегОз СггОз ВгОз Т Ог 1100 1000 950 1000 1000 1050 360 .370 355 370 365 360 360 360 370 10 11 13 .9 10 11 . 11 11 Коэффициентт трения в интервале удельных нагрузок 2 - 20МПа . 0,003-0,02 0,003-0,015 0,003-0,02 0,003-0,02 0,003-0,05 0,003-0,02 0,003-0,02 0,003-0,02 0,003-0,015 Износ мкм/км,при Р=10 МПа=