автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Интенсификация режимов пластической и термической обработки алюминиевых порошковых материалов с регламентируемыми служебными свойствами

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННА! ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ДКК ТХАЯГ

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РЕШОВ ПЛАСТИЧЕСКОЙ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ АЛЮМИНИЕВЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ С РЕГЛАМЕНТИРУЕМЫМИ СШЕБНКШ СВОЙСТВАМИ

Специальность 05.16.05 - Обработка металлов

давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград 1990

Работа выполнена в Ленинградском Государственном техническом университете на кафедре "Пластическая обработка металлов".

Научный руководитель -.доктор технических наук, профессор Н.Н.Павлов.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор К.К.Мертенс, кандидат технических наук В.И.Цеменко.

Ведущая организация - ВЮМТМаш, Ленинград.

Защита диссертации состоится " Ас1 ¡Си^ 'р,^ 1990 г. в часов на заседании специализированного совета 063.38.05

Ленинградского Государственного технического университета по адресу: 195251, Ленинград, Политехническая ул., 29, хим.корпус, ауд. 51 .

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан " 04- " сЬл^. 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент Г.С.Казакевич

. '' ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РЕЕМВ ИЛЛСТИЧБСКий И ТЕР.ИЧЕСКС'Л \-СБРАЕОТ:И АЯШНИЕВ1Х ДОРСШН-Х .'¿АТЕК!ЛЛОВ С

регла;.2нтируе.;:ь'..л дозебнка свойствами.

Общая харакгетасткка тзг.боты

Актуальность проблемы. Научно-технический прогресс в металлургия и машиностроении связан с развитием процессов получения новых материалов, обладающих уникальными эксплуатационными свойствами, а такте ресурсосберегающих технологий металлообработки, которые позволяют получать изделия приближающиеся или соответствующие форма конечного продукта при незначительных материальных и трудовых затратах. В связи с ятим большая роль принадлежит порошковой металлургии.

В настоящее время особый интерес вс многих странах относится к порошковой металлургии алюминия и его сплавов. Так как порошковые алюминиевые материалы обладают высокими просностными, электро- и теплопроводными свойствами, а также рядом уникальных эксплуатационных свойств / низкая плотность, хорошая коррозионно-стойкость, немагнитность и т.д./.

Известны два основные метода получения порошковых алюминиевых материалов:

- высокотемпературная деформация легированнъ:х порошков и механически легированных порошковых смесей;

- холодное прессование механически легированных порошковых смесей и последующая их термическая обработка.

.материалы, полученные по первому методу обладают высокими прочностными свойствами, но при этом и высокой себестоимостью продукции. Их в основном применяют в космической технике и в авиации. Материалы второй группы характеризуется средними прочност--1ыми свойствами /'^ 350 ¡¿Па/, но тем не мек^о отого вполне достаточно для их использования в автомобилестроении, олектрстех-•¡ике, текстильной промышленности. Однако материалы второй группы долины быть спечены в защитных средах / в вакууме или в среде нейтральных газов/. Использование такого спекания не всегда экономи-юски целесообразно, поскольку требуются дорогие нагревательные установки и большие затраты на их эксплуатация. Кроме того, в нас-•ояаее время нет полной информации, объясняющей механизмы струиту-

рообразования и связанные с ними процессы формирования прочности материала. Поэтому задача научного исследования технологических процессов получения спеченных порошковых сплавов на основе алюминия сохраняет свою актуальность.

• Научная новизна представляемой работы определяется:

- дальнейшим развитием теории прессования металлических порошков с целью создания методики расчета давлены"! прессования при заданной пористости прессовок любой форглы поперечного сечения .

- выявлением закономерностей процесса структурообразования и

тсхси кс1 !сол г'ды.ц*иг1 чи.с7иц •

- Научным обоснованием процесса спекания на воздухе алюминиевых порошковых заготовок .

- Разработкой новых материалов на основе алюминия с высокими •■•еханическими свойствами пугем добавок порошка циркония .

Практическая ценность полученных результатов состоит :

- в разработке и освоении технологических процессов изготовления спеченных порошковых сплавов на основе алюминия с достаточной высокой прочностью С 6"ь= 350-360М11а) конструкционного и электротех-нь ■ '.ского назначения ,

- в упрощении возможности внедрения в массовом производстве изготовления изделий из поропковых композиций на основе А1 благодаря высокой окономической эффективности способа их спекания на воздухе.

Целью настоящей работы является :

- разработка научно обоснованной и доступной для технических приложений методики расчета давлений прессоввния в зависимости от пористости для прессовок любой формы поперечного сечения,

- Феноменологическое описание закономерностей процесса структурообразования и механизма консолидации частиц,

- экспериментальное исследование влияния на прочность образцов различных факторов С схемы прессования, гран.состав порошков, давление прессования, химические составы, скорость нагрева ). Нахождение путей интенсификации процессов получения спеченных порошковых сплавов с достаточно высокой прочностью,

- разработка технологии получения изделий конструкционного и электротехнического назначения на основе спеченных алюминиевых порошковых сплавов.

Методика исследования базируется на современных положениях' теории обработки металлов давлением и теории спекания.

2

Апробация работч. результаты работы докладывались на на. ;них семинарах кафедры пластической обработки металлов.

Публикации: По результатам выполненных исследований опубликована статья и подана заявка на изобретение.

Объем заботы. Диссертационная работа состоит из введения, че-. тырех глав, заключения и приложений, списка литературы из 145 наименований, содержит 236 страниц!.: ( в том числе 133 страницы машинописного текста, 17 таблиц и 39 рисунков на Ь8 страницах ).

Во введении представлен анализ состояния развития порошковой металлургии алюминия и его сплавов, указана актуальность проблемы исследования процессов получения новых материалов с заданными свойствами . При этом формируется задачи диссертационной работы и основные положения, которое выносятся на защиту. Отмечаемся необходимость совершенствования существующих процессов получения спеченных алюминиевых материалов в направлении интенсификации режимов пластического деформирования и спекания с целью разработки новых материалов с высокими физико-механическими свойствами, а также новой технологии, позволяющей значительно снижать себестоимость продукции.

В первой главе рассматривается процесс прессования порошков с целью разработки методики определения давления прессования, применяемая во всех случаях прессования в закрытой'матрице для прессовок произвольной формы постояного поперечного сечения. Дан обзор основных теорий прессования металлических порошков. Основной недостаток большинства этих теорий заключается в том, что модели описания процесса уплотнения не учитывают геометрический фактор. При этом они ( модели ) не могут быть универсальными. Поэтому отмечается необходимость разработать новую модель, которая может одекватно описывать процесс уплотнения порошков в матрице любой формы сечения.

Первая задача состоит в нахождении единст: жного геометрического параметра ( пакаэателя ), позволяющего перевести случай прессования в закрытой матрице порошковых прессовок произвольной формы постоянного по высоте поперечного сечения в случай прессования в цилиндрической матрице.

В основе дальнейшей теоретической разработки использованы уравнения прессования в закрытом контейнере, полученные А.К.Григорьевым и Б.П.Грохольским:

КРАТКОЕ СО^РдАНИЕ РАБСТВ

С I ) 3

иЬ/А).^]4}- =[{+(^/1^/^)31- с 2)

Где: О - полное усилие прессования,

Од = ЛЛ/ЧЗ у - Силы трения о стенки матрицы,

у.1 - коэффициент трения

§ - коэффициент бокового давления,

^ - давление на пуансоне со стороны порошка

^ - диаметр цилиндрических прессовок,

К- - высота прессовок,

и... - высота ппессовок в компактном состоянии,

г» 4

П - пористость прессовок,

полное напряжение (давление) на пуансоне. х , . I - Силы сопротивления со стороны порошка. Далее на основе результатов исследований Л.'Ю.Балылина, Г.М. Хдановича, Ю.Н.Логинова, В.Л.Колмогорова и др. было принято положение о том, что значение величин ^ , £ , однозначно зависит от пористости.

При преобразовании выражений (I) и (2) были получены следующие сравнения для случая прессования заготовок в не цилиндрической

курице : а = + врВ? = * ¿Л/Ч < 3 )

1> = [1 + (4).

Где: Б - площадь поперечного сечения прессовок,

- площадь боковой поверхности прессовок,

- периметр псперечного сечения.

Если принять к/Р^ ( 5 )

то (4) принимает следующий вид:

? = [1 + Ь^а/^а-п)] <\- ( б )

Где Оор = - приведенный диаметр ( 7 )

Выражения (6) и (2) отличаются только величина»,«и с1 и . Тогда если А = , то оти прессовки должны обладать одинаковой пористостью при одном и том же значении -"р , или наоборот необходимо давление прессования ^ 'для получения прессовок с одинаковой пористостью.

Далее для случая прессования полых заготовок следуют следующие выражения: О = -V ^ + -

И1+ Ч^-т

$ (9>

Где: - площадь внутренней боковой поверхности прес

совок, соприкасающейся с иглой , - внутренний периметр прессовок ( периметр полости прессовок или иглы ) уЧ - коэффициент трения о стенки на внутренней

поверхности ( уЧ может отличаться от^И из-за различных характеров перемещения,"порошка на внешней и внутренней поверхностях при использовании подвижной иглы ).

3 = ///<

3 случае неподвижной иглы: -, Б =

Если принять бХ, )/$ = А (Ю)

то тогда /

^ (II)

Где Рар=^/(4+В4) - приведенной диаметр ( 12 )

Видно, что выражение (II), а также выражение (6) отличается от выражения (2) только величиной ^вместо с1 .

Отсюда можно прийти к выводу, что с помощью приведенного диаметра все случаи прессования в любой матрице произвольной форш поперечного сечения могут быть рассмотрены как случай прессования в соответственной цилиндрической матрице. Можно также счи-. тать, что выражение (II) является универсальным для описания процесса прессования, так как :

- для случая цилиндрической матрицы без иглы = О, = , М1!^ следовательно \>пр - 45/Л±=. Л

т.е. (II) вырождается в (2),

- для случая прессования прессовок с отверстием при неподвижной игле: + 0 . т.к. Е=///1 = I ( р' = ]Л )

- для случал прессования с подвижной иглой , перемещающейся вместе с пуансоном 1>Лр = В-^)

Экспериментами установлено, что величины В и Р постояны для катс-цого комплекта проссформы с иглой.

для проверки универсальности модели (II), а также формул« (12) !мл проведен эксперимент по исследованию прессуемости алюминиевых

порошков в прессформах различных типов ( цилиндрическая, прямоугольная , матрица для получения полых заготовок и т.д. ). Результаты эксперимента показали, что модель (II) может одекватно описывать процесс уплотнения .

вторая задача состоит в разработке .методики определения давления прессования прессовок заданной пористости с учетом геометрического фактораМ= {^М. . Для этой цели получено уравнение, которое связывает три значения давлений, необходим!¡х для формовки например трех прессовок с одинаковой пористостью при различных значениях величины Ы . При не сломшом преобразовании уравнения (2) можно получить уравнение следующего вида :

• * - * + * -^ -Ь ' ,т?>

П. - Ма, _ М1 Г1 _ м4 ^ (I?-)

Где Мт , , - значения отношения Ь /¿. для прессовок Г» (I), ' (2), и (I),

' ' 13" ~ давления, необходимые для формовки этих прессовок заданной пористости Из (12) видно, что если известны ^ , , ^¡.»^ > > то вполне определено. Отсюда можно прийти к заключение, что Ф омулу (12.) удобно использовать на практике для определения необходимого давления ^ для получения прессовок с заданной пористостью. Значение^ можно определить , имея всего две компрессионные кривыеи ^ = ^(П) для выбранных значений М- и М^ .

Формулу (12) можно считать универсальной если вместо величины ¿. использовать £) для матрицы с любой формой поперечного сечения . ->

Если выбраны например = 0,5 и М^ = 1,5, то выраженйе

(12) будет выгладеть так:

^ = ?1 + (М- -0,5%-^ = (М;-^5)[1(Л) - ^(п)] (13)

Была проведена экспериментальная проверка формулы (13). Для этой цели сняты две компрессионные кривые для порошков алюминия марки ПА-4 и его смесей ( в смеси,- кроме порошков А1 добавляли порошки из меди и лигатур А1 - 5($М£,А1 - )-^^(гО и -|>2 г

при МА = 0,5 и = 1,5. Используя полученные зависимости по

(13) проведен расчет = ^¡.(ГО на ЭВМ. Затем прессовали заготовки при расчетных значениях давления ^ и определяли их пористость методом гидростатического взвещивания. Сравнение опытных значений пористости с задаваемыми показало, что они статистически равны .

б «

Поэтому с достаточной обоснованностью можно считать, что мод .¿ь (I?) или (13) может одекватно описывать процесс уплонения алюминиевых порошков.

В псрво'! главе такле' рассматривается экспериментальное исследование- характера распределения плотности по ширине прессовок. Выявлено; что причиной раэноплотности по сирине является неравномерность зг.сыпки порошков . Для устранения этого явления предложен Еэриант засыпки , сбеспечивачидий- выравнивание уровня порош-сов на поверхности прессформы.

В гласе 2 рассматриваются вопросы хнмико-физико-металлурги-ческого процесса спекания порошковых заготовок на основе алюминия.

Проведен обзор основных теорий спекания и закономерностей окисления алюминия, его порошков и сплавов. При отсм отмечаются следующие основные положения, необходимо для дальнейшего исследования процесса спекания порошковых алюминиевых заготовок.

- Боль^'иство существующих моделей спекания не может быть использовано для описания кинетики процесса спекания алюминиевых порошков, т.к. они не учитывают важную особенность в том, что алюминиевые частицы покрыты прочной охисной пленкей.

- Окисление алюминия и его порошков является очевидным явлением . Вследствие чего на поверхности образуются слои окисной пленки различных модификаций. Кроме того, порошки способны адсорбировать большое количество влаги и на них образуются гидроокис-ные пленки.

- В условии хидкофазного спекания для эвтектических систем согласно теории Гегузина Я.Е. и Линеса Б.Я. нидкая фаза, образуе- • мая за счет контактного плавл ния, польностьга смачивает твердые частицы и растекает по их поверхности контакта.

- Согласно теории ;;-ид::сфазного спекания Кинжери В.Д. при достаточном объемном содержании иидкой фазы на первой стадии спекания уплотнение осуществляется взаимным перемещением ( перегруппировкой ) твердых частиц, разделенных прослойками жидкой фазы. Л движущей силой спекания является стремление к уменьшению свободной поверхности .жидкости.

- Процесс сплавообраэования з ходе спекания заготовок из механически легированных смесей на сонове алюминия подчиняется закономерностям теории металловедения алюминиевых сплавов.

На основе этих положений рассматриваются процессы спекания алюминиевых порошковых заготовок.

Экспериментальным путем было изучено влияние состояния поверхности частиц порошков ( исходных или отожженных в среде азота для удаления влаги) на прочностные характеристики и конечную пористость алюминиевых заготовок, спеченных в вакууме при 250° и 5Ь0°С. Результаты эксперимента показали, что в ходе нагрева заготовок их объем увеличивается из-за выделения адсорбированной порошками влаги или паров воды в результате разложения, гидроокиси алюминия. Причем выделение влаги приводит к сильному окислению контактных участков между частицами , на которых расположены фрагменты разрушенных в ходе' брикетирования окисных пленок . В результате чего частицы могут блокироваться вновь образованными окисными пленками, что приводит к подавлению процесса установления металлической связи между частицами и значительному снижению прочности заготовок.

Поэтому мероприятия по профилактике этого явления являлись одной из задач настоящей работы.

Извостно, что никакая среда спекания не может устранить контактное окисление, т.к. равновесное давление кислорода над поверхностью алюминия составляет лишь всего ICP^km рт.ст при 600°С . Тогда единственным способом борьбы с окислением является поиск возможности разрушения блокировки частиц вновь образованными окисными пленками, пр; котором возможно установление новой агрегатной металлической связи на контактных участках.

Для выявления механизма консолидации частиц проведен анализ процесса объемного изменения заготовок,с которым связаны положительные факторы , приводящие к разрушению блокирующих окисных пленок. Для этой цели рассматривается объемнее изменение заготовок из смеси порошков состава AI - 6% Gt , были использованы дилатометрические кривые изменения линейных размеров ДА- /4- в зависимости от времени спекания и изменения температуры нагрева до температуры спекания

{." = 620°С. На основе дилатограммы можно разделить процесс спекания на 3 стадии:

- На первой стадии происходит рост линейных размеров Д k/h-заготовки, который объясняется различными причинами. Максимальный рост величины hk/fv достигается'по достижении температуры соли-дуса ( 548°С ). Металлографический анализ показывает, что частицы из алюминия технической чистоты раделяются на фрагменты. Причиной этого является плавление границ зерен или блоков, по которым возможны преимущественные диффузионные потоки, приводящие к повышению содержания легирующего элемента в этих местах, г

е

- На второй стадии при нагреве до температуры 620°С отмечается резкое снижение величины , что означает интенсивное уплотнение зз счет перегруппировки частиц при большем количестве жидкой фазы и плаалении С или растворении з жидкости ) твердой фазы,

- на третьей стадии при температуре 62С°С наблюдается не значительное, снижение А уплотнение составляет лишь 0,5 % ).

Креме того дилагограммы также показывают, что уплотнение образцов кз алккиния технической чистоты больше,чем алюминия.высокой чистота:. Это свидетельствует о том, что фрагменты своей возможностью перегруппировки внесли дополнительный Еклад в уплотнение .

На основе данных из дилагограммы по формуле (14) произведен расчет конечной пористости, который показывает, что перед охлаждением она ( пористость ) практически равна нулю. На самом деле после спекания и охлаждения конечная пористость равна 3 % для сплава А1 - б %(м,. Отсюда можно предполагать, что пористость долина формироваться в ходе кристаллизационного охлаждения. Причиной формирования пористости в этом случае является присутствие фрагментов окисной пленки, которые служат жестким скелетом, препятствующим сближению частиц б ходе кристаллизации.

= 1 - ■ (14)

Где П0 - исходная пористость, ?к - плотность сплава в компактном состоянии при комнатной температуре, - плотность сплава при температуре нагрева, - пористость образцов в ходе спекания перед охлаждением, (£ можно определять по данным в справочниках ).

При подробном анализе процесса формирования пористости в ходе кристаллизационного охлаждения была также получена формула для се определения :

Пг = т, ( /? ч+ОгО - 4. ) К + Дс (1 - т)О - П^ (15) Где: ДС=Я(С-СТ^') - объемное количество легирующего элемента, диф-фудирующего в твердую фазу из жидкой, С , СТБ - массовый состав сплава и твердой фазы перед охлаждением, К - переводный коэффициент, -переводящий массовый состав в объемный .

Значение произведения ( I -*ги).( I - П^) означает объемную долго твердой фазы перед кристаллизацией.

К - коэффициент перегруппировки частиц.

Тогда окончательно для пористости : П = и, П, = 1+тп (?

о * к к40

р , -ггтГчз [АсС1-т)-1] (16)

При температуре спекания сплава А1 - б % ниже 600°С величина К. означающая доли кидкой фазы в формировании пористости в ходе охлаждения, очень мала С 0,525%)). Поэтому его у.ожно пренебречь.

Был проведен расчет коэффициента ^ Для этого сплава. Он ле;кит в интервале ( 0-1 ). К—»-0 при полном плавлении твердой фазы, К —— I при нагреве до температуры солидуса. Формула ( 16 ) имеет важное теоретическое значение, т.к. по ней на пористость оказывают влияние два компонента: оставшаяся перед охлаждением и формирующаяся пористость в ходе ку-исталлиээционого охлаждения.

Большая часть второй главы посвящена исследованию процесса консолидации частиц в ходе спекал/я алюминиевых порошковых сплавов. Объектом металлограф1гческих изучений является структура порошкового сплава А1 - 3 %Сц - 0,5 % - 0,5 % , спеченного при разных температурах и разных режимах. .На основе полученных результатов металлографических исследований структуры этого сплава дано' феноменологическое описание процесса консолидации частиц, которое состоит в следующем :

- При нагреве до температуры солидуса ( < 565°С ) происходит эвтектическое плавление с появлением первичной жидкой фазы, которая способствует интенсификации процесса диффузии легирующих элементов по границам зерен и блоков частиц и образует при этом повышенное их содержание в этих местах.

- По достижении температуры солидуса начинается плавление границы, где имеет место повышенное содержание легирующих элементов с образованием вторичной жидкой фазы переменного состава, которая приводит к дазинтеграции частиц на фрагменты. Если температура спека-ну незначительно выше солидуса, то дезинтеграция не приводит к полному разрушению частиц. При этом блокирующие частицы окисные пленки остаются на месте и не разрушаются.

- При нагреве до температуры выше солидуса интенсивнее идет процесс плавления твердой фазы с образованием более значительного количества-вторичной жидкой фазы. Связанные с этими факторами дезинтегрируемые фрагменты могут перегруппироваться вместе с .самыми частлцами. Вследствие чего■произошло полное разрушения частиц. При

10

этом блокировка частиц окисной пленки фактически разрушена. .Между новыми частицами из фрагментов исходных частиц установлена агрегатная "металлическая связь.

- Дальнейшее повышение температуры ( выел б00°0 дня изучаемого сплаве ) приводит ^огрубления струтур за счет образования крупных зерен из сформированных частиц.

Отмечаются основные факторы, которые сдерживают процесс дезинтеграции и консолидации частиц - это недостаточно/ давление формовки, возможность сильного окисления контактных участков между частицами ввиду долгой вьдерики при температуре ниже солидуса, не эффективное сочетание легирующих элементов.

Таким образом процесс консолидации частиц определяется следующими факторами: появлением достаточно большого количества вторичной жидкой фазы, полной дезинтеграцией частиц на фрагменты, перегруппировкой этих фрагментов. Такие факторы приводят к нарушению целостности исходных частиц, к разрушению блокирующих окио-ных пленок и образованию новых частиц, объединяющихся в новые зерна .

¡-1а основе анализа процесса консолидации частиц предложена систематическая схема струтурообразования спеченных алюминиевых сплавив, служащая основой для выбора наиболее рациональных х з-гкимов получения материалов с заданными прочностными свойствами и структурой .

В третьей главе приведены экспериментальные исследования влияния различных факторов на прочностные свойства спеченных алюминиевых материалов .

Для интенсификации процесса прессования была предложена схема прессования, которая создает искусственное перемещение слоев порошка. За счет сдвиговой деформации возможно интенсивное разрушение исходной окисной пленки, обеспечивающее значительную холодную сварку частиц. Эта схема по характеру носит название интенсивной схемы прессования. Для описания интенсивной схемы введено понятие коэффициента интенсивного давления , который определяется по формуле: Ки = -р^ /-£>п

Где ^ - полное давление прессования , -р - частичное дэвле-ние, реализуемое по интенсивной схеме ( -<рп ) , если

^ = 0 , = 0 схема прессования обычная , = = I

полная интенсивная схема, -р , К№ 1 частичная интенсивная

схема. При этом о<Кл <4 . Экспериментально установлено влияние коэффициента на прочность материалов. При К. = ( 0,5 - I ), прочность ряда сплавов увеличивается почти в 1,5 раза ( для сплава А1 - ЗЯСи, - 0,5% М^ - 0,5% Б"! , <эв достигается до 310-320 ¡.¡Па), ото свидетельствует о целесообразности использования интенсивной схемы прессования .

При исследовании влияния гран.состава порошков на прочность сплавов было обнаружено , что спеченный на воздухе сплав из смесей, содержащих только порошки фракции ( 0-50мкм ) и ( Ю0-160мкм ) обладает наиболее высокими прочнос'и!ыми свойствами ( бв = 310 -320 Ша ). Если в эти смеси добавляют порошок фракции (50-63мкм), то прочность того же сплава резко падает ( 6ц < 150 лШа ). 'Причи-чина резкого падения прочности объясняется нарушением герметичности образцов, содержащих порошки промежуточной фракции. Поэтому для успешного проведения спекания на воздухе необходимо исключить из смеси порошки фракции ( 50-63 ккм ) как ненужной промежуточной фракции. Для устранения этого отрицательного явления также рекомендуется спекание в защитной среде. Давление формовки играет большую роль в формировании прочности сплавов, т.к. оно обеспечивает степень холодной сварки частиц. Кроме того начиная с некоторого определеногп давления влияние коэффициента К^ на прочность начинает "действовать" . Отмечается , что при = 0,5-1 требуется значительно меньшее давление формовки для достижения максимальной прочности и твердости "о сравнению с случаем Кд = 0. Для ряда сплавов предложен необходимый интервал давления 'р = 250-400 ;.Яа при ¡^=0,5-1.

Результаты экспериментального исследования показали роль легирующих элементов в системе А1 - Си. - 5'| - :

- Медь является главным упрчнятощим элементом , участвует в образовании жидкой фазы ,

- Кремний вызывает резкое повышение количества вторичной жидкой фазы,

- магний облегчает процессы дезинтеграции частиц и их консолидации, т.к. он отбирает кислород у алюминия, тем самым ослабляет блокировку частиц окисными пленками.

Указана необходимость выбора добавок (М^ и ) в определен ных количествах таких, чтобы струтура сплавов осталась мелкозернистой.

Экспериментально установлено, что одним из самых ванных фак-

торов является скорость нагрева в ходе спекания на воздухе для уменьаения окисления. При этом 5се процессы консолидации частиц могут протекать нормально . Отмечается, что для каждого состава легирующих элементов существует нсебходимый интервал скорости нагрева, за пределом которого либо сильно окисление ( при низкой скорости ), либо происходит вспучивание ( при высокой скорости ), что приводит к снижению прочности материала.

Б главе 3 рассматриваются вопросы планирования эксперимента для нахождения рациональных режкмоз обработки порошковых алюминиевых материалов. Найден наиболее оптимальный сплав Л1 - 3%Си -0',5$Si - 0,5$ М£ с режимом обработки: j> = 350 fffia, i° = 595°С Kj^ = I, прочность этого сплава после старения по режиму Т.6 равна 6g = 310-320 :.Ша, & = 1,5-2$ , НЕ (твердость) = 1100 МОа.

Важной задачей является разработка новых материалов с повышенными механическими свойствами. Для этой цели исследовалась возможность использования циркония как модификатора спеченных алюминиевых сплавов. Опыты показывают, что добавка 0,05 % в сплаве Ai-5$ Си. - 0,5$ Mg - 0,5$ Si , спеченном при температуре t" = 595°С, позволяет повысить прочность на 50 - 60 ¡ЛПа, при этом - 360°С. Отмечается, что эффект измельчения структуры цирконием теряется при спекании с более высокой температурой ( t* = 610°С и ем ; ). Т.е. при образовании большого количества жидкой фазы. При этом можно объяснить механизм измельчения следующим образом. В процессе дезинтеграции частиц на фрагменты, цирконий препятствует объединению фрагментов в новые частицы. При этом структура остается мель-козернистой . В случае образования б'льшого количества жидкой фазы такое содержание циркония не может быть достаточным для препяст-ва объединению фрагментов. Попытка ввести в сплав большее количество циркония (0,1 -0,2$) к успеху не привела, т.к. наблюдалось при тех же температурах значительное расплавление материала и как следствие его вспучивания. По итогам проведенной работы по использованию циркония для модифицирования спеченных алюминиевых материалов подана заявка ка изобретение.

В главе 1У предусматриваются вопросы внедрения в производстве и проведения расчета экономических показателей.

Указаны наиболее важные спеченные сплавы для рекомендации внедрения в производстве изделий конструкционного и электротзхш-чеекого назначения.

Проведены экспериментальные исследования влияний факторов на

1 ч

1 о

электропроводность . При этом получены регрессионные уравнения для прогнозирования свойств сплавов : ^».мст = -?36т + Ь ЗОСи, + Л51м§ + 435; ( МПа}

НБ = - 90 + 0,5 £ + 0,33-ъ + -1530», + 235 М| + (МПаЛ V = ы + 0,05МЭ + o,04t - 3,8Си, - 6 Мб _ 3,35;

,Где: Т - электропроводность,. Интервалы варьирования факторов: давление формовки Р = 300 - 400 ¿¡Па, температура спекания Ь' = 590 - 610°Г., химические составы : медь См = 4-2.*/» , магний /.,¿=£>2-0,4 , кремний = 0/<-0,8 °/„ Излагаются основные принципы конструирования прессформы для успешного прессования алюминиевых заготовок, предлагается принципиальная конструкция прессформы, которая позволяет реализовать идеи применения засыпки порошков с последующим выравниванием и интенсивной схемы прессования.

Описаны технологические процессы изготовления спеченных сплавов А1 - 3% См,- 0,5%М£ - 0,5£51 ц А1 - 1,6%Сх - 0,3% Мё -0,8% . По предлагаемой технологии был- получена опытная партия изделий корпуса гнездового за*има для панелей ВРУ из порошкового сплава А1 - 3%Си, - 0,5% М^ - 0,5% 51 . Результаты испытания этих изделий показали, что они удовлетворяют заданным требованиям.

Был проведен расчет годового экономического эффекта от внедрения технологического процесса в опытных партиях в производство в лаборатори" контактных соединений ЛО НПО"Электромонтаж" и на заводе ЛЗЭМИ, которнй составляет 150 тыс.руб. при выпуске 750 тыс.шт. ь год .

Полученные результаты и рекомендации переданы для внедрения в производстве на заводе " Электроконтакт", г. Кинешма

ВЫВОДЫ

I- Получена формула расчета приведенного диаметра, с помощью которого процесс прессования в любой матрице с постоянным поперечным сечением может быть рассмотрен как процесс прессования в цилиндрической матрице.

2~ Разработка методика определения давления прессования, применяемая во всех случаях прессования смеси из алюминиевых порошков.

3- Экспериментально установленхарактер распределения плотности по ширине изделия в зависимости от способа засыпки.

4- Установлено, что окисление контактных участков между час-

И4

тицами внутри образцов проиходит в результате взаимодействия алюминия с выделяемой влаги пли паров вода из гидроокиси оставшейся окисной плонки. При этом частицы могуть вновь блокироваться новыми окисными пленками.

5- Выполнен анализ основных факторов приводящих к объемному изменению спекаемого тела. Теоретически обоснована формула рас- ■ чета конечной пористости, которая состоит из двух компонентов: оставшейся пористости перед кристаллизационным охлаждением и формирующейся пористости в ходе охлаждения.

6- Феноменологическим методом сделан анализ процесса консолидации частиц в ходе спекания. Выявлен вклад осноеных факторов в отом процессе.

7- Экспериментально установлено существенное влияние на механические свойства различных факторов, таких как схема прессования, гран.состав исходной шихты, давление прессования, химический состав смсси и скорость нагрева.

8- Проведено планирование эксперимента для определения рациональных режимов получения спеченных порошковых изделий на основе алюминия.

9- На основании исследований установлена целесообразность использования добавки циркония для измельчения структуры ci.j-ченных алюминиевых сплавов.

IO-Разработаны технологические процессы получения спеченных алюминиевых сплавов с высокими физико-механическими свойствами для конструкционной и электротехнической цели.

II- При годовой реализации по новой технологии 750 тыс. из делий корпуса гнездового зажима электротехнической цели экономический эффект составляет 150 тыс.руб./ год.

Часть содержания работы изложена в следующих публикациях:

1- Л.А.Григорьев, В.Г.Гопиеяко, Фам Дык Тханг - уплотнение

и свойства порошковых материалов на основе алюминия.- Порошковая металлургия и композиционные материалы. Ленинград,1988,с.52-56.

2- Заявка № 4800231/02 ( 027306 ). Способ получения спеченных конструкционных материалов на осново алюминия. / Н.Н.Павлов, А.И.Рудской, 5ам Дык Тханг, А.А.¿Григорьев, Н.11.Дзекиер/.Заявлено 06.03.90 г.

J 5