автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Исследование и разработка механически легированных композиционных материалов на основе вторичного алюминиевого сырья

На правах рукописи

□□31БЭВВ2

Самошина Марина Евгеньевна

«Исследование и разработка механически легированных композиционных материалов на основе вторичного алюминиевого сырья»

Специальность 05 16 01 «Металловедение и термическая обработка металлов»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 МАМ 2008

Москва 2008

003169662

Диссертационная работа выполнена на кафедре металловедения цветных металлов Государственного технологического университета «Московский институт стали и сплавов»

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

Профессор, доктор технических наук Аксенов А А

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ Доктор технических наук Гершман И С (ФГУП ВНИИЖТ) Кандидат технических наук Антипов В В (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ)

ГОУ ВПО «МАТИ» - Российский государственный технологический университет

Защита диссертации состоится «19» июня 2008 г в 1530 часов на заседании Диссертационного совета Д 212 132 08 при Государственном технологическом университете «Московский институт стали и сплавов» по адресу 119049, г Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д 4, ауд 436

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного технологического университета «Московский институт стали и сплавов»

Справки по телефону (495) 237-84-45, факс (495)236-31-29

Автореферат разослан « » 2008 г

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

имени К Э Циолковского

Ученый секретарь Диссертационного совета, проф

Мухин С И

Введение

Актуальность работы

Композиционные материалы (КМ) на основе алюминиевых сплавов значительно превосходят традиционные материалы по целому комплексу свойств КМ имеют более высокие прочностные свойства при повышенных температурах, низкие значения коэффициента термического расширения (КТР), высокую износостойкость Такие характеристики позволяют использовать КМ на алюминиевой основе в качестве жаропрочного материала для нагруженных деталей, теплоотводящих элементов, сохраняющих высокую размерную стабильность, износостойких подшипников скольжения

Одним из наиболее перспективных методов получения КМ является метод механического легирования (МЛ) Этот метод позволяет получать дисперсноупрочненные (Д"У) КМ с равномерным распределением упрочнителя, чего трудно добиться другими способами Главным сдерживающим фактором широкого распространения метода МЛ является его дороговизна, вызванная сложностью технологии и энергоемкостью процесса

Снижение себестоимости механически легированных КМ, которые чаще всего изготавливаются на основе специально получаемых дисперсных порошков, возможно за счет удешевления исходного сырья В качестве основы КМ можно использовать лом и отходы металлообрабатывающей промышленности, однако вопрос использования для МЛ крупных металлических частиц изучен недостаточно

Использование в качестве шихтовой составляющей для механического легирования низкосортных окисленных и смешанных отходов авиационного и машиностроительного производства, например токарной или фрезерной стружки, позволит не только экономично вернуть в производство сырье, переработка которого традиционными способами сопряжена с большими потерями металла или вообще невозможна, но и обратить его недостатки - загрязненность примесями и оксидными образованиями в преимущество

Цели и задачи работы

Исследовать возможность использования промышленных алюминиевых отходов, включая низкосортные и сложноутилизируемые, для создания ДУ КМ Для достижения поставленной цели решали следующие задачи

1 Исследовать последовательность формирования структуры МЛ КМ, получаемых на основе вторичного алюминиевого сырья, в том числе смешанного

2 Разработать методику количественной оценки однородности микроструктуры механически легированных КМ

3 Установить принципиальную возможность использования в качестве основы КМ отходов электролитического производства алюминия высокой чистоты, а также низкосортных смешанных отходов, загрязненных металлическими и неметаллическими примесями

4 Предложить новые КМ для использования в качестве материала высоконагружен-ных высокооборотных износостойких втулок и разработать технологический процесс их получения

Научная новизна

1 Показана возможность формирования структуры ДУ КМ с высокой степенью однородности (коэффициент вариации равномерности распределения фазовых составляющих на уровне 10 %) в случае использования неоднородного по химическому составу промышленного алюминиевого вторичного сырья в качестве исходной шихты при МЛ в планетарной и в вибрационной мельницах В результате МЛ и последующей консолидации структура КМ состоит из алюминиевого твердого раствора с размером зерна 30-100 нм, фаз матричных сплавов и керамических частиц, диспергированных в процессе обработки порошковых смесей или синтезированных во время МЛ в воздушной атмосфере со средним размером менее 1 мкм

2 Установлено, что увеличение времени МЛ и величины воздушного потока, пропускаемого через рабочее пространство вибрационной мельницы непрерывного действия, приводит к росту доли оксидных частиц, синтезируемых в материале Показано, что повышение концентрации магния в исходных сплавах на основе системы Al-Mg приводит к образованию большей доли упрочняющих оксидных частиц за одинаковое время обработки за счет преимущественного окисления магния

3 Показана принципиальная возможность диспергирования при МЛ крупных (> 1000 мкм) интерметаллидных фаз и формирования структуры с высокой степенью однородности в КМ на основе сплавов систем Al-Fe-Si и Al-Fe-Si-Cu Такая возможность реализуется за счет хрупкости интерметаллических фаз и достаточной легированности алюминиевого твердого раствора

4 Показана возможность использования смешанных, практически не поддающихся утилизации (отвальных) отходов, содержащих частицы a-Fe в виде механической примеси, для получения ДУ КМ с повышенной длительной твердостью (HBi350 3 5-60), износостойкостью (величина износа 1,8 1o"4 мм3/Н м) и низким значением КТР (13,5 106 -14,5 10 6 К1 в температурном интервале от 20 до 500 °С)

Практическая значимость

1 Предложена методика количественной оценки достижения однородности микроструктуры механически легированных КМ, в которой критерием однородности является коэффициент вариации равномерности распределения фазовых составляющих

2 Разработаны технологические процессы изготовления КМ из смешанного, принципиально различающегося по составу вторичного алюминиевого сырья Один включает в себя высокоэнергетическую обработку исходного сырья, состоящего из предварительно измельченной смеси стружки, например, сплавов Д16 и АК12М2, с частицами карбида кремния в количестве 20 об % в планетарной мельнице в инертной атмосфере не менее 2 ч Альтернативный процесс заключается в обработке той же матричной смеси без дополнительного введения упрочняющих частиц в вибрационной шаровой мельнице в течение 15 ч в условиях постоянно сменяющейся воздушной атмосферы Такая обработка обеспечивает синтез упрочняющих оксидных частиц в процессе МЛ, долю которых возможно регулировать изменением времени обработки и величины воздушного потока Консолидацию МЛ гранул, полученных по обоим разработанным процессам, предложено проводить по двухстаднйной схеме путем предварительного двухстороннего холодного прессования и последующего прессования при температуре 400 "С до достижения плотности не менее 96 % от теоретической На технологические процессы получены свидетельства МИСиС о регистрации ноу-хау № 60-013-2004 от 13 04 2004 и № 61-013-2004 от 13 04 2004

3 Для опробования и последующего внедрения в производство высоконагруженных высокооборотных втулок ответственных авиационных агрегатов предложен КМ из вторичного алюминиевого сырья на основе смеси матричных сплавов Д16 и АК12М2, упрочненный оксидными частицами, синтезированными в процессе МЛ КМ (Д16+АК12М2) -О после МЛ и консолидации при температуре 400 "С имеет следующие свойства НУ 245±10, а„ «= 545±50 МПа, износ 4,17 104 мм'/Нм Разработан, согласован и передан ОАО «Ил» Технологический процесс получения КМ и изготовления высоконагруженных высокооборотных втулок из него Разработаны и введены в действие Технические условия (ТУ-013-2006-004) на высоконагруженные высокооборотные втулки из МЛ дисперсноу-прочненных КМ на базе вторичного алюминиевого сырья

Апробация работы

Основные материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на II Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» ПРОСТ 2004, Москва, 20-22 апреля 2004 г, 9-й международной конференции по алюминиевым сплавам 1САА9, Брисбен, Австралия, 2-5 августа 2004 г, международной научной конфе-

ренции «Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) - 2004», Волгоград, 20-23 сентября 2004 г, научно-практическом семинаре «Научно-технологическое обеспечение инновационной деятельности предприятий, институтов и фирм в металлургии», Москва, 17 ноября 2004 г, VI Московском международном салоне инноваций и инвестиций, Москва, 7-10 февраля 2006 г, Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (НТТМ-2006), Москва, 20-24 июня 2006 г, III Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» ПРОСТ 2006, Москва, 18-20 апреля 2006 г, 10-й международной конференции по алюминиевым сплавам 1САА10, Ванкувер, Канада, 9-13 июля 2006 г, Международном симпозиуме по метастабильным и нанометрическим материалам КМАИАМ 2006, Варшава, Польша, 2731 августа 2006 г, Европейской конференции ЕШШМАТ-2007, Нюрнберг, Германия, 1013 сентября 2007 г, IV Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» ПРОСТ 2008, Москва, 8-10 апреля 2008 г

Результаты диссертационной работы отражены в 9 публикациях По результатам работы зарегистрировано 2 ноу-хау

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и библиографического списка из 148 источников Работа изложена на 141 странице машинописного текста, содержит 17 таблиц и 81 рисунок

1 Обзор литературы

В разделе описаны основные стадии и особенности процесса МЛ, а также приведены данные о различных аппаратах для его осуществления Рассмотрены вопросы формирования структуры и свойств МЛ КМ, при этом особое внимание уделено ДУ материалам на основе алюминиевых сплавов, их основным свойствам и областям применения Проанализирована возможность расширения сырьевой базы метода МЛ за счет использования некоторых видов вторичного сырья Основным выводом по данному разделу является то, что разработка экономичных технологий получения КМ с использованием в качестве матричного материала крупных дешевых частиц, в том числе полученных из вторичного алюминиевого сырья, позволит существенно снизить себестоимость изготовления ДУ КМ

2 Методика исследований

На основе анализа номенклатуры отходов промышленных предприятий в качестве матричных сплавов для разработки ДУ КМ были выбраны промышленные сплавы Д16,

АК12М2, АМгб, а также модельные сплавы систем Al-Mg, Al-Fe, Al-Fe-Si и Al-Fe-Si-Cu Химический состав исследованных сплавов представлен в табл 1

Сыпучую стружку сплава АК12М2 получали с предприятия вторичной металлургии ОАО «МОСОБЛПРОММОНТАЖ» очищенной от влаги и масла, а также от металлических и неметаллических примесей С того же предприятия получен отсев среднего химического состава Al-20%Si-3%Fe-3%Cu-2,5%Ni, представляющий собой смесь стружки нескольких марок алюминиевых сплавов, загрязненную металлическими и неметаллическими включениями Стружку сплавов Д16 и АМгб для моделирования возможности использования вторичного сырья в качестве исходного материала для изготовления КМ получали на токарном или фрезерном станке из крупного кускового лома Слитки матричных сплавов систем Al-Mg, Al-Fe, Al-Fe-Si и Al-Fe-Si-Cu получали в лабораторных условиях Слитки сплавов Al-Mg гомогенизировали при температуре 430±10 °С в течение 10 ч Перед обработкой в мельнице отливки обтачивали на токарном станке

Таблица 1. Состав матричных алюминиевых сплавов, по данным химического анализа

№ Матричный сплав (условное обозначение) Содержание компонентов, % по массе

Si Cu Mg Mn Fe Ni

1 Д16 - 4,4 1,5 0,7 - -

2 АК12М2 12,0 2,2 0,2 0,3 0,8 -

3 АМгб 0,17 0,04 6,6 0,72 0,26 -

4 Al-2%Mg - - 1,8 - - -

5 AI-4%Mg - - 4,0 - - -

6 AI-6%Mg - - 6,2 - - -

7 Al-10%Mg - - 9,8 - - -

8 Al-10%Fe 0,1 - - - 9,8 -

9 Al-9%Fe-l%Si 0,8 - - - 9,0 -

10 Al-9%Fe-3%Si 3,2 - - - 9,1 -

11 Al-9%Fe-4%Si 3,9 - - - 8,8 -

12 AI-9%Fe-5%Si 4,8 - - - 9,2 -

13 Al-10%Fe-10%Si 9,6 - - - 10,1 -

14 Al-10%Fe-10%Si-3%Cu 9,9 2,7 - - 9,7 -

15 Al-10%Fe-10%Si-25%Cu 10,2 24,5 - - 10,5 -

16 A!-l 0%Fe-5%Si-33%Cu 5,6 33,6 - - 10,6 -

17 Al-20%Si-3%Fe-3%Cu-2,5%Ni (отвал) 20,0 3,1 - 0,2 3,3 2,5

В качестве частиц упрочнителя использовали а-81С из-за относительно низкой стоимости и широкой распространенности этих порошковых частиц

Стружку матричных сплавов предварительно измельчали в роторной дробилке до размера 1000-5000 мкм Механическое легирование проводили в планетарной мельнице «Гефест-11-3» без применения поверхностно-активных веществ, в герметичных контейнерах с квазицилиндрическим мелющим телом в среде аргона Отношение массы мелющего тела к массе смеси составляло 6 1 Во время работы контейнеры охлаждались проточной водой Длительность обработки изменяли от 16 до 540 мин

Обработку частиц матричного сплава в воздушной среде для обеспечения синтеза упрочняющих оксидных частиц в процессе МЛ проводили в тороидальной вибрационной мельнице СмВ - 0,005 МЛ производили стальными шарами диаметром 12,5 мм, соотношение массы шаров к массе навески составляло 30 I, частота вибрации - 30 Гц В процессе обработки через рабочее пространство мельницы пропускали контролируемый воздушный поток со скоростью ~ 0,01 и ~ 0,4 м5/ч Длительность МЛ в этом случае составляла 115 ч

Консолидацию образцов КМ проводили на лабораторной универсальной испытательной машине УМЭ10ТМ в две стадии Первая стадия заключалась в двухстороннем прессовании гранул КМ при комнатной температуре с получением компактного образца-заготовки (давление прессования 200-400 МПа, выдержка под давлением 2-5 мин) На второй стадии проводили горячее двухстороннее прессование полученной на первой стадии заготовки по режимам давление прессования 200-560 МПа, температура компактиро-вания 400-480 °С, выдержка под давлением 15 мин Полученные таким образом цилиндрические образцы имели следующие размеры диаметр 15-25 мм и высота 10 мм Для уменьшения трения во время прессования применяли смазку на основе графита

Исследования структуры проводили на световых (NEOPHOT-30 и Axiovert 200М МАТ), сканирующем электронном (JSM-35CF) и сканирующем ионном (Strata 201) микроскопах, высокоразрешающем просвечивающем микроскопе (JEM 2100) Микрорентге-носпектральный анализ проводили на сканирующих электронных микроскопах JSM-35CF и «Camscan - 44» Link ISIS-200L

Средний размер гранул КМ и упрочняющих частиц и их объемную долю оценивали с использованием специальных пакетов программ для количественной металлографии Ах-íoVision Reí 4 5 и ImagescopeM

Методом рентгеновской дифрактометрии исследовали фазовый состав, оценивали размер областей когерентного рассеяния (ОКР) и величину микродеформаций (МКД) Съемку проводили на дифрактометре ДРОН-3 с использованием монохроматического излучения FeKa (Х=0,193728 нм) и характеристического (Ni-фильтр) излучения СиКн (Х=0,154178 нм) в шаговом режиме и при непрерывной записи Расчет дифрактограмм и

идентификацию фаз осуществляли с использованием пакета программ обработки дифракционных спектров «X-RAY»

В КМ, полученных обработкой в вибрационной мельнице в воздушной среде, для оценки содержания и распределения кислорода, а также формы связи кислорода с другими элементами использовали методы рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на приборе РН1 5500 ESCA

Оценку микротвердости МЛ гранул проводили на приборе ПМТ-3 как среднее из 30 замеров Определение твердости образцов после компактирования проводили по методу Внккерса на твердомере ИТ 5010 как среднее из десяти замеров Испытания на длительную твердость компактных образцов проводили на твердомере ТШ-2 с размещенной на нем печью электросопротивления Температура испытания составляла 350±2 "С, образец при этом выдерживали под нагрузкой 1 ч

Испытания консолидированных образцов на сжатие проводили при комнатной температуре на универсальной испытательной машине Z250 фирмы Zwick/Roell

Оценку износостойкости компактных образцов по схеме «стержень-диск» проводили на приборе Tnbometer, CSM Instr без смазки Условия испытаний контр-тело -стальной (ШХ15) шарик диаметром Змм, нормальная нагрузка -1 Н, радиус кольца износа - 8 мм, линейная скорость - 10 мм/сек, заданная длина пробега -100 м

Линейный коэффициент термического расширения оценивали на дилатометре LINSEIS 76/1000 Измерения проводили в воздушной атмосфере в интервале температур 20500 °С при скорости нагрева 10 К/мин

3 Исследование формирования структуры и свойств композиционных материалов на основе вторичного алюминиевого сырья

Одной из задач работы являлось исследование возможности получения КМ заданного состава с гомогенной структурой из смешанного алюминиевого сырья Шихта для получения КМ представляла собой смесь крупных (до 5000 мкм) стружковых частиц сплавов Д16 и АК12М2 в соотношении 1 1 и 20 об % частиц SiC В результате проведения МЛ рассчитывали на получение среднего состава матрицы КМ, соответствующего наиболее распространенному промышленному вторичному сплаву АК5М2 На консолидированных образцах КМ (Д16+АК12М2) - 20 об % SiC была проведена кочичественная оценка однородности распределения наиболее характерных фазовых составляющих в зависимости от времени обработки в планетарной мельнице Оценку степени МЛ проводили по перераспределению частиц S (AhCuMg) и 6-фазы (СиАЬ), присутствующих преимущественно в матричном сплаве Д16 Кроме того, проводили оценку равномерности распределения уп-

рочняющих частиц SiC Характеристикой однородности структуры служил коэффициент вариации Квар, величина которого характеризует степень отклонения распределения анализируемой фазы от абсолютно равномерного распределения

ЮО [%], (1)

где S - среднее квадратичное отклонение объемной доли анализируемой фазы в выбранной области образца от объемной доли фазы во всем образце, Кза„ - объемная доля фазы во всем образце (коэффициент заполнения) Чем меньше величина коэффициента вариации, тем структура однороднее - равномернее распределены частицы фаз На рис 1 видно закономерное уменьшение коэффициента вариации по мере увеличения времени MJI, причем этот процесс проходит с затуханием К конечному времени обработки (120 мин) Ктр распределения S- и 8-фаз достигает величины -10 % Микроструктура компактных образцов к этому времени приобретает удовлетворительную степень однородности (отсутствуют области исходных матричных сплавов и зоны, свободные от частиц упрочнителя) На основании качественного анализа микроструктур материала приняли Квар=10 % за показатель удов!етворите1ьного уровня однородности структуры КМ Значение Каар по распределению частиц SiC достигает величины менее 10 % уже к 90 мин МЛ, однако при этом «смешивание» матричных сплавов не происходит в полной мере Одновременно с перераспределением частиц фаз матричных сплавов и SiC происходит измельчение последних, значительная доля частиц к окончанию МЛ достигает размера 50-500 нм

О размере зерен в матрице КМ судили по размеру ОКР алюминиевого твердого раствора По данным рентгеноструктурного анализа в гранулах КМ (Д16+АК12М2) - 20 % SiC после 60 - 120 мин обработки размер ОКР достигает уровня -25 нм, а после консолидации КМ при 400 °С он увеличивается до -45 нм Эти данные хорошо согласуются с величиной размера зерна, наблюдаемой в ПЭМ На рис 2 видно, что размер зерна может изменять в пределах от 30 до 100 нм

Процесс МЛ контролировали также по изменению твердости На начальной стадии МЛ не наблюдали заметного роста микротвердости из-за слабого наклепа алюминиевого твердого раствора и неравномерности распределения частиц упрочнителя внутри гранул (рис 3) После 60 мин из-за нарастающего увеличения однородности, диспергирования структуры и наклепа происходит существенный рост микротвердости, который постепенно замедляется с увеличением времени МЛ, что говорит о формировании однородной структуры в КМ Снижение уровня твердости после операции компактирования связано с укрупнением зерен и снижением плотности дислокаций в алюминиевом твердом растворе

Таким образом, для достижения равномерного распределения упрочняющих частиц, их измельчения и завершения процесса гомогенизации матрицы КМ (Д16+АК12М2) - 20 об.% ЭЮ необходима обработка материала в планетарной мельнице в течение 120 мин.

Еще одним эффективным методом введения дисперсных упрочняющих частиц в КМ может быть их синтезирование непосредственно в процессе обработки. Для исследования формирования структуры КМ из разнородного по составу сырья, упрочненного частицами естественно образованного оксида, стружковую смесь сплавов Д16 и АК12М2 в соотношении 1:1 обрабатывали в вибрационной мельнице в контролируемой воздушной атмосфере. Скорость воздушного потока (Увои), пропускаемого через рабочее пространство мельницы, составляла ~ 0,01 и ~ 0,4 м3/ч.

1 "ТйШ

1 ф ■ Б- и 0-фаза 5 ¡С

30

60

Время МЛ, мин

90

120

Рис. 1. Зависимость коэффициента вариации распределения частиц ЭгС, Э- и 0-фаз в КМ (АК12М2+Д16) - 20 об.% ЭЮ от времени МЛ.

81С

ж*:

м

'Ш- * ,

-" ¡ь- V-,. <

Время МД мин

Рис. 2. Микроструктура консолидированного образца КМ (Д16+АК12М2) - 20 % ЭЮ после 2 ч МЛ, ПЭМ.

Рис. 3. Зависимость микротвердости гранул и твердости консолидированных образцов КМ (Д16+АК12М2) - 20 % йС от времени МЛ в планетарной мельнице.

По сравнению с планетарной, вибрационная мельница является агрегатом, сообщающим меньшее количество энергии обрабатываемому материалу. Поэтому перераспределение и измельчение частиц избыточных фаз матричных сплавов в ней происходит за более продолжительное время. На рис. 4 видно закономерное уменьшение коэффициента вариации распределения частиц Б- и 9-фаз. Уже к 5 ч МЛ его величина достигает 10 %, т.е. смешивание матричных сплавов произошло в достаточной степени. Однако, за последующие 5 ч обработки твердость КМ (Д16+АК12М2) - О возрастает более чем в три раза (рис. 5), что обусловлено увеличением доли оксидных частиц в структуре материала, образующихся в ходе обработки в вибрационной мельнице в воздушной атмосфере, а также продолжающимся измельчением избыточных фаз матричных сплавов.

30

Время МЛ, ч

3 4 5 0 7 Время МЛ, ч

Рис. 4. Зависимость коэффициента вариации рас- Рис. 5. Зависимость твердости консо-

пределения частиц Б- и 0-фаз в структуре КМ лидированных образцов КМ

(Д16+АК12М2) - О (Ув0,д = 0,4 м3/ч) от времени (Д16+АК12М2)-0 от времени МЛ в

МЛ в вибрационной мельнице. вибрационной мельнице.

На рис. 6 представлена оцененная с помощью микрорентгеноспектрального анализа концентрация кислорода в консолидированных образцах КМ. Во время МЛ матричные сплавы непрерывно окисляются, причем при Увош = 0,4 м7ч окисление материала происходит интенсивнее. Это различие становится всё более значительным с увеличением времени МЛ. В структуре материала, наряду с частицами Э- и 9-фаз размером от 100 нм до 1 мкм и частицами кремния из сплава АК12М2 размером от 200 нм до 1 мкм, можно различить дисперсные оксидные частицы размером до 100 нм (рис. 7).

Как известно, магний в алюминиевых сплавах, имеющий большее, чем у алюминия сродство к кислороду, способствует образованию на поверхности металла оксидной пленки MgO. В работе подтвержден тот факт, что в процессе МЛ Al-Mg сплавов в кислородо-содержащей атмосфере помимо окисления А1 происходит окисление Mg, а значит, количество связываемого кислорода в единицу времени будет выше, чем в алюминиевом сплаве без магния.

Частицы Оксидные

консолидированных образцах КМ го образца КМ (Д16+АК12М2)-0 по-

(Д16+АК12М2)-0 от времени МЛ в вибрацион- еле МЛ в вибрационной мельнице в ной мельнице в воздушной среде. течение 10 ч (Ув03д = 0,4 м3/ч).

Для изучения влияния содержания магния на процесс окисления материала в ходе МЛ в воздушной среде были приготовлены несколько модельных двойных сплавов системы AI-Mg, содержащих 2, 4, 6 и 10 % М£. Стружку из гомогенизированных слитков этих материалов обрабатывали в вибрационной мельнице в воздушной атмосфере при Уео]д ~ 0,4 м7ч. На рис. 8 представлены зависимости содержания кислорода в консолидированных образцах КМ от времени МЛ в вибрационной мельнице. Кривые идут практически параллельно, из чего следует, что скорость окисления матричных сплавов практически одинакова. Предположили, что повышение концентрации магния, за счет преимущественного его окисления, вероятно, уже в течение первого часа обработки, приводит к образованию большей доли упрочняющих оксидных частиц в КМ за одинаковое время. Анализ ЮЛ (А1-2% М§) - О и (А1-10% М§) - О методом РФЭС подтвердил это предположение. Уже после 1 ч МЛ в сплавах системы Al-Mg практически весь магний был связан в оксид.

Одним из самых распространенных промышленных алюминиевых сплавов, содержащих большое количество Mg, является сплав АМгб. Этот сплав широко применяется и в качестве литейного, и в качестве деформируемого сплава. При этом образующиеся при обработке полуфабрикатов производственные отходы, особенно стружковые, неэффективно утилизировать традиционными металлургическими методами из-за сильного угара металла. Такого рода отходы могут служить недорогим исходным сырьем для получения дисперсноупрочненных КМ МЛ в кислородосодержащей атмосфере. Эксперименты показали, что в течение 15 ч такой обработки в вибрационной мельнице в АМгб содержание кислорода увеличилось до 12,5 масс. %. Одновременно с этим происходит рост твердости материала (рис. 9).

Таким образом, формирование структуры КМ с высокой степенью гомогенности, полученных МЛ из разнородного по химическому составу матричного сырья, происходит

как при введении готовых упрочняющих частиц, так и при их синтезе непосредственно в процессе обработки в воздушной атмосфере.

Рис. 8. Зависимость концентрации кислорода в консолидированных образцах КМ на основе сплавов системы Al-Mg от времени МЛ в вибрационной мельнице в воздушной среде.

5 „ 10

Время, ч

Рис. 9. Зависимость твердости гранул и консолидированных образцов КМ АМгб - О от времени МЛ в вибрационной мельнице.

Интерметаллидные фазы

Ш- .я При производстве алюминия высокой

/ р чистоты методом электролитического рафинирования образуются так называемые анодные осадки, в которых содержится 50-^г* 60% А1, 25-35% Си, около 10% Fe и 5-10% Wf " \ / / Si. Эффективного способа переработки

ч / * ,

анодных осадков в настоящее время не существует. В структуре осадков содержится более 75 % тугоплавких интерметаллидных фаз с размером частиц сотни и тысячи микрометров (рис. 10). Таблица 2. Фазовый состав сплавов системы А1 - Fe - Si.

Рис. 10. Структура анодного осадка состава А1-33% Си-10% Fe-5% Si.

Сплав Фазовый состав

В соответствии с равновесной диаграммой состояния По данным рент-генофазового анализа

AI - 10 % Fe (Al), FeAl, (AI), FeAl,

Al-9 % Fe - 1 % Si (Al), FeAl,, AlgFeoSi (a) (Al), FeAl,

Al - 9 % Fe - 3 % Si (Al), FeAl,, AI8Fe2Si (a), AlsFeSi (3) (Al), FeAl,, AlsFejSi (a)

Al-9 % Fe - 4 % Si (Al), AlsFe2Si (a), AlsFeSi ((5) (Al), FeAl,, Al8Fe2Si (a)

Al-9 % Fe - 5 % Si (Al), AIgFe2Si (a), Al5FeSi (p), Si (Al), FeAl,. AisFe2Si (a), AlsFeSi (p)

В работе поставлена задача обработкой в мельнице добиться значительного измельчения частиц интерметаллидных фаз. Сделано предположение, что МЛ создаст предпосылки для создания нового класса КМ, обладающих высоким уровнем жаропроч-

ности и низким уровнем линейного коэффициента термического расширения.

Для изучения влияния фазового состава на процессы измельчения железосодержащих фаз в ходе высокоэнергетической обработки исследовали сплавы системы А1 — Ре — с переменным содержанием кремния. Состав сплавов подбирали таким образом, что они попадали в разные фазовые области на равновесной диаграмме состояния (табл. 2). Реальный фазовый состав сплавов отличается от гипотетического, что, вероятно, связано с отклонением от равновесия и неполным протеканием перитектических реакций при кристаллизации.

В результате МЛ в материале А1 - 10 % Ре происходит растрескивание игл фазы РеАЬ, но измельчение частиц с увеличением времени размола не интенсифицируется, и структура остается достаточно грубой даже после 3 ч обработки (рис. 11). В материале А1 - 9 % Ре - 1 % 81, имеющем тот же фазовый состав и схожую структуру в литом состоянии, измельчение частиц фазы РеА13 происходит гораздо интенсивнее. Вероятно, высокая интенсивность измельчения частиц избыточной фазы в сплаве, содержащем кремний, обусловлена большей легированностью алюминиевого твердого раствора этого сплава и, следовательно, его большей твердостью и пониженной пластичностью. Более жесткая матрица легированного твердого раствора слабее гасит механическое воздействие мелющих тел на интерметаллидные частицы, что приводит к их скорейшему измельчению. По данным рентгеноспектрального анализа содержание кремния в алюминиевом твердом

растворе А1 - 9 % Ре - 1 % в! и

сплавов А1 - 9 % Ре - (3-5) % практически одинаково - 1%. Однако в материалах с большим содержанием кремния наблюдается большая интенсивность разрушения частиц железосодержащих фаз, что, вероятно, обусловлено изменением фазового состава. При этом размер частиц фаз даже после 6 ч МЛ не достигает уровня, при котором наблюдается значительное упрочнение КМ (рис. 12).

□ .: ^ИеИ^НнкшР ^ИЕЯДИИшмЬ»*''^ 1ИЖИ| иниШ -•.V'. .Л'::;,■:•- ■ ИИ шмищ шин и

в - " . ...... * _'" Ц ЩШ Л /.-.-^С Ш

Рис. 11. Микроструктуры материалов А1 - 10 % Ре и А1 — 9 % Ре — 1 % после литья в кокиль: (а) и (б), соответственно; после 3 ч МЛ в планетарной мельнице: (в) и (г), соответственно.

- А1-10% Ре -А1-9% Ре-4% 51

-А|-9% Ре-1% БI -А1~9% Ре-5% Б I

Время МЛ, ч —■—А1-956 Ре-3%

Рис 12. Зависимость твердости консолидированных образцов от времени МЛ в планетарной мельнице

На примере более легированных сплавов А1-10% Ре-10% и А1-10% Ре-10% Б1-3% Си изучали влияние меди на формирование структуры и свойств материала после обработки в планетарной мельнице При этом добавка меди в сплаве А1-10% Ре-10% 81-3% Си должна была обеспечить максимальное легирование алюминиевого твердого раствора Фазовый состав сплавов приведен в табл 3

Таблица 3 Фазовый состав сплавов А1-10% Ре-10% Э1 и А1-10% Ре-10% 81-3% Си

Сплав Фазовый состав

В соответствии с равновесной диаграммой состояния По данным рентгенофазо-вого анализа

А1-10% Ре-10% (А1), А15Ре81 ф), (А1), А15Ре81 (Р), Э1, А^е,^ (а)

А1-10% Ре-10% 81-3% Си (А1), АЬРеЭ! ((3), в!, А17Си2Ре (А1), А15Ре81 (Р), 81, А17Си2Ре, А№е281 (а)

Исследования показали, что уже на начальном этапе обработки в более легированных сплавах А1-10% Ре-10% Б! и А1-10% Ре-10% 81-3% Си происходит гораздо более глубокое измельчение частиц интерметаллидных фаз по сравнению с рассмотренными выше А1 - 10 % Ре и А1 - 9 % Ре - (1-5) % (рис 13) При этом интенсивность измельчения частиц избыточных фаз в материале с добавкой меди выше Очевидно, медь, растворенная в алюминиевом твердом растворе, придает ему повышенную жесткость В результате частицы интерметаллических фаз сильнее измельчаются под действием мелющих тел, достигая размера менее 1 мкм Такие дисперсные частицы способствуют увеличению твердости КМ почти в 2,5 раза (рис 14)

Сплав А1-25%Си-10%Ре-10%81 наиболее близок к составу анодных осадков, получаемых на производстве В соответствии с равновесной диаграммой состояния в этом сплаве помимо алюминиевого твердого раствора должны присутствовать следующие фазы 81, СиАЬ и АЬСигРе Однако, на представленной на рис 15 (а) микроструктуре слитка сплава А1-25%Си-10%Ре-10%81, так же видны крупные иглы Р-(А1Ре81), нерастворившие-

ся в ходе перитектических реакций. Объемная доля интерметаллических фаз в этом сплаве достигает 75 %.

а-АШеЭ!

А17Си2Ре (З-АШеЗг—

Рис. 13. Микроструктуры материала А1 - 10 % Ре - 10 % 3 % Си: (а) после литья в ко-киль;(б) после 3 ч обработки в планетарной мельнице.

- АНСЖРе-1С« Б

Рис. 14. Зависимость твердости кон солидированных образцов от време ни МЛ в планетарной мельнице.

Время МЛ, ч

После предварительного измельчения материал был подвергнут обработке в планетарной мельнице в течение 6 ч. За это время интерметаллические фазы измельчаются в сильнейшей степени и становятся трудно отличимыми от матричного фона (рис. 15 (в)).

Эвтектика

((А1)+51+А17Си,Ре+СиАЬ) ((3-А1Ре81) \ " АЬаьРе /

фШШр1^

Жч • ' ■ НА

, -И

о*. ■

1'11ИИН ИН'Щ — 111!■ I

тя

Рис. 15. Микроструктуры материала А1-25%Си-10%Ре-10%8к (а) после литья в ко-киль;(б) после 1 ч обработки; (в) после 6 ч обработки в планетарной мельнице.

Консолидированные образцы материала на основе сплава А1-25%Си-10%Ре-Ю%81 с такой дисперсной структурой обладают высоким уровнем твердости, как при комнатной, так и при повышенной температуре, низким значением КТР (табл. 4), а также отличаются высоким уровнем износостойкости. Такое сочетание свойств позволяет рассчитывать на

использование этого КМ в качестве жаропрочного материала, работающего в условиях повышенного износа, например для поршней двигателей внутреннего сгорания.

Таблица 4. Свойства гранул и консолидированных образцов материала А1-25%Си- 10%Ре-10%81.

Время обработки, ч. Микротвердость гранул Твердость компактов, HV Длительная твердость НВ,35" КТР-106, 1/К (20-500 °С) Износ образца, мм3/Н-м

1 510+60 400±30 - - -

6 630+40 430±20 39±6 12,5 2,8-10"4

Известно, что на предприятиях, специализирующихся на производстве вторичных алюминиевых сплавов, при подготовке стружковых отходов к переплаву образуется значительное количество отсевов или так называемых отвальных отходов (отвалов). Такие отвалы представляют собой смесь стружковых отходов различного химического состава, содержат a-Fe в виде механической примеси, а также могут содержать значительное количество твердых неметаллических примесей, например абразивные зерна металлорежущего инструмента. Такие отходы принято считать практически нереализуемыми, фактически имеющими нулевую стоимость. Для исследования возможности получения конструкционного КМ на основе отвальных отходов сложного состава в планетарной мельнице обрабатывали материал следующего состава: Al - 20 % Si - 3,3 % Fe - 3,1 % Cu - 2,5 % Ni -0,3 % Cr, содержащий a-Fe в виде механической примеси. Высокое содержание кремния в этом отвале связано с его загрязненностью SiO?. В структуре консолидированных образцов материала на начальных этапах обработки видны крупные включения a-Fe размером до 200 мкм. Увеличение времени обработки приводит к значительному измельчению всех структурных составляющих (рис. 16).

Рис. 16. Структура консолидированного образца КМ на основе отвала: (а) - после 2 ч обработки; (б) - после 6 ч обработки в планетарной мельнице.

Материал обрабатывали в планетарной мельнице в течение 2 - 6 ч с добавлением 10 об % Б1С и без введения упрочняющих частиц Показано, что введение частиц Б1С в состав шихты особенно сильно сказывается на уровне длительной твердости материала (табл 5) Однако в материале без дополнительно введенных упрочняющих частиц этот показатель так же высок, и достигает -37 кгс/мм" Для сравнения у жаропрочного поршневого силумина АК12М2МгН этот показатель находится на уровне 12 кгс/ммг Показано, что оба КМ обладают также низким значениями среднего КТР в интервале температур от комнатной до 500 °С и высоким уровнем износостойкости

Таблица 5 Свойства гранул и консолидированных образцов материала на основе А1 - 20 % - 3,3 % Ре - 3,1 % Си - 2,5 % N1 - 0,3 % Сг после б ч обработки в планетарной

мельнице

КМ Микротвердость гранул НУ Твердость НУ Длительная твердость НВ,35° КТР 106, 1/К (20500 °С) Износ образца, мм'/Н м

А1-20 % 51-3,3 % Бе—3,1 %Си-2,5 % N1-0,3 % Сг 470±30 360±10 38±3 14,4 1,8 104

(А1-20 % 81-3,3 % Ре-3,1 % Си-2,5 % N1-0,3 % Сг)-10 об о/оБЮ 645+40 405±10 56+3 13,6 -

4. Разработка технологических решений по изготовлению высоконагруженных высокооборотных втулок из МЛ КМ на основе вторичного алюминиевого сырья

Как показали исследования и закономерности, построенные в предыдущем разделе, все изученные КМ обладают гомогенной структурой с равномерным распределением дисперсных упрочняющих частиц Такая структура в сочетании с высоким уровнем твердости, износостойкости при низком КТР позволяет рассчитывать на использование таких КМ в качестве конструкционных износостойких материалов Одно из возможных применений этих материалов - изготовление некоторых деталей в конструкциях самолетов, например высоконагруженных высокооборотных втулок, которые в настоящее время изготавливаются из широко используемого износостойкого материала бронзы БрАЖН 10-4-4 По заданию ОАО «Ил» в работе исследовали возможность замены тяжелых бронзовых втулок на втулки, выполненные из КМ на базе вторичного авиационного алюминиевого сырья Основные требования, предъявляемые к материалу таких втулок допустимая удельная нагрузка при статическом нагружении не менее 20 кг/мм2, износостойкость на уровне (или выше) бронзы БрАЖН 10-4-4

Для опробования в качестве материала втулок были выбраны КМ (Д16+АК12М2) -20 об % Б1С (2 ч обработки в планетарной мельнице), (Д16+АК12М2)-0 (10 ч обработки в

вибрационной мельнице), АМгб-0 (15 ч обработки в вибрационной мельнице), а также дополнительно полученный 2-ч обработкой в планетарной мельнице КМ с высоким содержанием упрочняющих частиц АМгб-40 об % Для оценки износостойкости образцы перечисленных материалов испытывали по схеме «стержень-диск» в условиях сухого трения Результаты испытаний представлены в табл 6 в сравнении с образцом бронзы БрАЖН 10-4-4 в состоянии после полной термической обработки (отжиг 730 °С, 3 ч)

Таблица 6 Величина износа образцов КМ и бронзы БрАЖН 10-4-4

Материал Износ образца, мм3/Н м Износ контр-тела (ШХ15), мм7н м

(Д16+АК12М2)- 20 об % БЮ (2 ч, планетарная мельница) 5,13 10"4 3,25 105

(Д16+АК12М2)-0 (10 ч, вибрационная мельница) 4,17 10"4 0

АМгб-0 (15 ч, вибрационная мельница) 8,27 10 4 0

АМгб-40 об % ЭС (2ч, планетарная мельница) 0 3,96 10 5

БрАЖН 10-4-4 (отжиг 730 °С, 3 ч) 5,16 10" 0

Показано, что износостойкость всех КМ находится практически на уровне износостойкости бронзы Кроме того, важно отметить, что при испытаниях образцов КМ (Д16+АК12М2)-0 и АМгб-0 износа контртела (шарика из стали ШХ15) не происходило, возможно, это связано с гораздо меньшим размером упрочняющих оксидных частиц, образующихся в процессе обработки на воздухе, по сравнению со средним размером частиц Б1С В этом состоит преимущество использования окисленных КМ по сравнению с использованием КМ с частицами карбида кремния

Для оценки уровня прочностных свойств КМ были проведены испытания на сжатие консолидированных образцов Как видно из табл 7, КМ АМгб-0 и АМгб-40 % Э1С разрушаются в области упругой деформации и практически не имеют предела текучести, однако, пределы прочности этих КМ и пределы текучести КМ (Д16+АК12М2) - 20 об % 81С и (Д16+АК12М2)-0 находятся на уровне свойств бронзы Из результатов испытаний на сжатие и на износостойкость следует, что исследованные КМ возможно использовать для изготовления втулок как альтернативу бронзе БрАЖН10-4-4 Кроме того, КМ по сравнению с бронзой обладают значительно меньшей плотностью, следовательно, детали из предложенных КМ будут иметь более высокую удельную прочность, что позволит снизить массу узла трения

Таблица 7. Результаты испытаний на сжатие консолидированных образцов КМ и бронзы БрАЖН 10-4-4.

Материал а(1.2, МПа ст„ МПа е, % (относительное укорочение)

(Д16+АК12М2)- 20 об.% ЭхС (2 ч, планетарная мельница) 650±40 710±60 1,0+0,2

(Д16+АК12М2)-0 (10 ч, вибрационная мельница) 460±20 550+50 0,9±0,2

АМгб-0 (15ч, вибрационная мельница) - 550±30 0

АМгб-40 об.% Б1С (2ч, планетарная мельница) - 510±50 0

БрАЖН 10-4-4 (отжиг 730 °С, 3 ч) 560±10 - деформация без разрушения

По чертежам ОАО «ИЛ» из цилиндрических консолидированных заготовок КМ (Д16+АК12М2) - 20 об. % ЭЮ, (Д16+АК12М2)-0, АМгб-О, а также из БрАЖН10-4-4, в качестве объекта сравнения, путем обработки резанием были изготовлены втулки для натурных испытаний (рис. 17).

Рис. 17. Втулки из КМ для По техническому заданию заказчика была сконструирова-

натурных испытании на на натурная установка, которая обеспечивала возвратно-износостойкость.

вращательное движение стального хромированного вала по внутренней поверхности втулки с углом отклонения ±30°. Во время испытания производили смазывание трущихся поверхностей литолом. Испытание проводили при удельной сжимающей нагрузке 75 кг/см2 и скорости скольжения 10 мм/с. Долговечность втулки в таких условиях работы по ОСТ 1 00536-71 должна составлять не менее 100 000 циклов при максимальном износе (ДБ) 0,12 мм по диаметру.

Результаты натурных испытаний втулок из КМ после 100 000 циклов представлены в табл. 8, где приведены также значения, полученные на втулке из бронзы БрАЖН 10-4-4. В результате испытания КМ (Д16+АК12М2) - О продемонстрировал наилучшую износостойкость, удовлетворяющую требованиям ОСТ 1 00536-71 и превышающую износостойкость бронзы БрАЖН 10-4-4.

Таким образом, КМ (Д16+АК12М2) - О можно рекомендовать к использованию в качестве материала высоконагруженных высокооборотных втулок.

Таблица 8. Изменение внутреннего диа-

метра втулки ДР после испытания.

Материал втулки ДО, мм

(Д16+АК12М2) - 20 % ЭЮ 0,15

(Д16+АК12М2) - О <0,05

АМгб - О 0,60

БрАЖН 10-4-4 0,05

Для материалов на основе смеси матричных сплавов Д16 и АК12М2 разработаны технологические процессы изготовления МЛ КМ из вторичного алюминиевого сырья, упрочненных как керамическими частицами, введенными в состав шихты, так и синтезированными в процессе обработки в окислительной атмосфере, о чем получены свидетельства МИСиС о регистрации ноу-хау № 60-013-2004 от 13 04 2004 и № 61-013-2004 от 13 04 2004 Разработаны и введены в действие Технические условия ТУ-013-2006-004 на высоконагруженные высокооборотные втулки из МЛ дисперсноупрочненных КМ на базе вторичного алюминиевого сырья

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1 Показана возможность получения из вторичного алюминиевого сырья КМ заданного химического состава с гомогенной матрицей и равномерным распределением частиц упрочнителя из разнородных по составу шихтовых материалов В результате обработки матричной сгружковой смеси сплавов Д16 и АК12М2 по двум схемам

(а) в планетарной мельнице, оснащенной квазицилиндрическими мелющими телами, совместно с частицами Э1С с исходным размером 10 мкм,

(б) в тороидальной вибрационной мельнице непрерывного действия в контролируемой воздушной атмосфере, а также последующей консолидации формируется структура материала, состоящая из зерен алюминиевого твердого раствора с линейным размером до 100 нм, фаз матричных сплавов разной дисперсности, а также измельченных частиц упрочнителя, введенных в шихту или синтезированных в процессе МЛ размером менее 1 мкм Проведение МЛ в окислительной атмосфере позволяет регулировать объемную долю синтезируемых упрочняющих оксидных частиц путем изменения продолжительности обработки и скорости прохождения воздушного потока через рабочее пространство мельницы

2 Предложена методика количественной оценки достижения однородности микроструктуры МЛ КМ, в которой критерием является коэффициент вариации равномерности распределения наиболее характерных фазовых составляющих Признано, что если коэффициент вариации распределения одной из фаз материала имеет величину менее 10 %, структура КМ обладает удовлетворительной степенью однородности (гомогенности) распределения этой фазы

3 Исследовано влияние содержания магния на кинетику окисления сплавов системы А1-М§ в процессе обработки в вибрационной мельнице в контролируемой воздушной атмосфере Установлено, что магний уже после 1 ч МЛ полностью окисляется, определяя

тем самым на этом этапе более высокую степень окисления КМ с большей концентрацией магния

4 Исследовано влияние химического и фазового состава на процессы измельчения крупных (> 1000 мкм) частиц интерметаллидных фаз в сплавах системы Al - Fe - Si и Al -Fe - Si - Cu в ходе МЛ в планетарной мельнице Установлено, что эффективное измельчение различных интерметаллических частиц и образование структуры с высокой степенью однородности в материалах на основе этих систем определяется в основном легированно-стью алюминиевого твердого раствора После 6 ч МЛ и консолидации при 480 °С КМ на основе сплава Al-25%Cu-10%Fe-10%Si имеет структуру с равномерно распределенными частицами интерметаллических фаз размером менее 1 мкм и обладает следующими свойствами HV 430+20, HBi3,° 39±6, средний КТР в интервале температур 20-500 (,С равен 12,5 10 6 К износ 2,8 10 4 мм3/Н м

5 Показана возможность получения ДУ КМ на основе смешанных низкосортных отходов сложного состава путем обработки в планетарной мельнице После 6 ч обработки структура KM Al - 20 % Si - 3,3 % Fe - 3,1 % Cu - 2,5 % Ni - 0,3 % Cr, содержащего a-Fe в виде механической примеси, приобретает значительную степень однородности КМ приведенного состава имеют высокий уровень длительной твердости (HBi350 3 5-60) и износостойкости (величина износа 1,8 10"4 мм3/Н м) при низких значениях среднего коэффициента термического расширения 13,5 10"6 - 14,5 10"6 К ' в температурном интервале от 20 до 500 "С

6 Предложена технология изготовления КМ из вторичного алюминиевого сырья методом МЛ на примере материалов на основе смеси матричных сплавов Д16 и АК12М2, упрочненных как керамическими частицами, введенными в состав шихты, так и синтезированными в процессе обработки в окислительной атмосфере Технологическая схема включает в себя высокоэнергетическую механическую обработку исходного стружкового сырья, консолидацию порошковой смеси в брикеты, способы контроля качества гранул и готового материала

7 Для опробования и последующего внедрения в производство высоконагружен-ных высокооборотных втулок ответственных авиационных агрегатов предложен КМ на основе смеси матричных сплавов Д16 и АК12М2, упрочненный оксидными частицами, синтезированными в процессе обработки материала в вибрационной мельнице в воздушной среде Показано, что этот КМ обладает достаточно высоким уровнем предела прочности при сжатии (аа=550±50 МПа) и износостойкостью на уровне бронзы БрАЖН 10-4-4 Разработан, согласован и передан ОАО «Ил» Технологический процесс получения КМ и изготовления из него высоконагруженных высокооборотных втулок Разработаны и вве-

дены в действие Технические условия (ТУ-013-2006-004) на высоконагруженные высокооборотные втулки из MJ1 дисперсноупрочненных КМ на базе вторичного алюминиевого сырья

Основные положения диссертации опубликованы в работах

1 М Е Самошина, А А Аксенов, А Н Солонин «Структура и свойства дисперсноупрочненных композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов, получаемых механическим легированием» Тезисы докладов II Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» ПРОСТ 2004, Москва, 20-22 апреля 2004 г, с 83,

2 A A Aksenov, А N Solonm, М Е Samoshina, N A Belov «The Structure and Properties of Dispersion-Strengthened Mechanically-Alloyed Composite Materials Based on Aluminum Alloys», Proceedings of the 9th International Conference on Aluminium Alloys, Brisbane, Australia, 2-5 August 2004, Edited by J F Nie, A J Morton and В С Muddle, Institute of Materials Engineering Australasia Ltd, pp 1303-1308,

3 M E Самошина, А А Аксенов, A H Солонин «Структура и свойства дисперсноупрочненных композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов, получаемых механическим легированием» Сборник научных трудов международной конференции «Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) - 2004», Волгоград, 20-23 сентября 2004 г, т 1, с 130-132,

4 А А Аксенов, А Н Солонин, М Е Самошина, С В Медведева «Механически легированные дисперсноупрочненные композиционные материалы на основе вторичных алюминиевых сплавов, предназначенные для получения элементов тяжело нагруженных двигателей внутреннего сгорания» Материалы научно-практического семинара «Научно-технологическое обеспечение инновационной деятельности предприятий, институтов и фирм в металлургии», Москва, 17 ноября 2004 г , т 2, с 602-604,

5 А А Аксенов, А С Просвиряков, М Е Самошина, А Н Солонин, С В Медведева «Механически легированные композиционные материалы на основе меди и алюминия с высокой объемной долей керамических частиц, предназначенные для получения оснований микросхем больших компьютеров» Материалы научно-практического семинара «Научно-технологическое обеспечение инновационной деятельности предприятий, институтов и фирм в металлургии», Москва, 17 ноября 2004 г, т 2, с 605-606,

6 ME Самошина, А А Аксенов, В В Истомин-Кастровский, Ю В Гостев «Структура и свойства дисперсноупрочненных механически легированных композицион-

ных материалов из алюминиевого смешанного вторичного сырья» Известия ВУЗов Цветная металлургия, №1, 2006, с 47-54,

7 ME Самошина, А А Аксенов «Структура и свойства композиционных материалов на основе сложноутилизируемых алюминиевых отходов, получаемых механическим легированием» Тезисы докладов III Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» ПРОСТ 2006, Москва, 18-20 апреля 2006 г, с 99,

8 A A Aksenov, М Е Samoshina and N A Belov «Structure and properties ol mechanically alloyed composite materials from scrap of A1 alloys» Proceedings of 10th International Conference on Aluminium Alloys, Vancouver, Canada, 9-13 July 2006, ed by W J Poole, MA Wells, D J Lloyd, Trans Tech Publication Ltd, pp 1305-1310,

9 M E Самошина, А А Аксенов «Структура и свойства нового класса композиционных материалов на основе систем Al-Fe-Si и Al-Fe-Si-Cu, полученных механической обработкой» Тезисы докладов IV Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» ПРОСТ 2008, Москва, 8-10 апреля 2008 г, с 96

Заказ № 73/05/08 Подписано в печать 08 05 2008 Тираж! 50 экз Уел пл 1,5

ч\ ООО "Цифровичок", тел (495)797-75-76,(495) 778-22-20 \vw\v с/г т , е-тай т/о@с/г ги

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7 1.1 Организация и ход процесса MJI

1.1.1. Механизм разрушения частиц

1.1.2. Механизм холодной сварки

1.1.3. Стадии МЛ 12 1.1.4 Влияние ПАВ на процесс МЛ

1.2. Особенности структуры и свойств МЛ материалов

1.2.1. Формирование мелкозернистой структуры

1.2.2. Упрочнение частицами

1.2.3. Образование пересыщенных твердых растворов

1.2.4. Аморфизация структуры

1.3. Дисперсноупрочненные КМ на основе алюминия и его сплавов

1.4 Оборудование для МЛ

1.5 Вторичное алюминиевое сырье как материал для создания МЛ КМ 42 Выводы по разделу

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Исследуемые материалы

2.2. Исходные материалы

2.3. Обработка в планетарной мельнице

2.4. Обработка в вибрационной мельнице

2.5. Получение консолидированных образцов

2.6. Расчет фазовых диаграмм состояния

2.7. Исследование структуры и свойств

2.7.1. Структурные исследования

2.7.2. Рентгеноструктурный анализ 52 2.7.3 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС)

2.7.4. Определение микротвердости, твердости и длительной твердости

2.7.5. Испытания на сжатие консолидированных образцов

2.7.6. Трибологические испытания

2.7.7. Определение линейного коэффициента термического расширения (КТР)

2.7.8. Определение плотности

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КМ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНОГО АЛЮМИНИЕВОГО СЫРЬЯ.

3.1. Исследование формирования структуры и свойств КМ из разнородной по составу шихты

3.1.1. Формирование КМ на основе разнородной матрицы, механически легированных керамическими частицами, введенными в состав шихты

3.1.2. Формирование КМ на основе разнородной матрицы во время обработки в вибрационной мельнице в воздушной атмосфере

3.2. Исследование формирования структуры и свойств КМ на основе системы А1

Mg во время обработки в вибрационной мельнице в воздушной атмосфере

3.2.1. Исследование влияния содержания Mg на кинетику окисления алюминиевого сплава в процессе МЛ в воздушной атмосфере

3.2.2. Получение КМ на основе сплава АМгб путем обработки в воздушной атмосфере

3.3. Структура и свойства МЛ КМ на основе сложноутилизируемого вторичного алюминиевого сырья

3.3.1. МЛ КМ на основе отходов электролитического производства высокочистого алюминия

3.3.1.1. Исследование влияния фазового состава на процессы измельчения интерметаллидных фаз в сплавах системы А1 - Fe - Si и А1 - Fe - Si - Си в процессе МЛ в планетарной мельнице

3.3.1.2. Исследование структуры и свойств материала на основе сплава А1-25%Си-10%Fe-10%Si

3.3.2. МЛ КМ на основе отвальных отходов сложного состава 119 Выводы по разделу

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ВЫСОКООБОРОТНЫХ ВТУЛОК ИЗ МЛ КМ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНОГО АЛЮМИНИЕВОГО СЫРЬЯ 126 ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 132 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность работы

Композиционные материалы (КМ) на основе алюминиевых сплавов значительно превосходят традиционные материалы по целому комплексу свойств. КМ имеют более высокие прочностные свойства при повышенных температурах, низкие значения коэффициента термического расширения (КТР), высокую износостойкость. Такие характеристики позволяют использовать КМ на алюминиевой основе в качестве жаропрочного материала для нагруженных деталей, теплоотводящих элементов, сохраняющих высокую размерную стабильность, износостойких подшипников скольжения.

Одним из наиболее перспективных методов получения КМ является метод механического легирования (МЛ). Этот метод позволяет получать дисперсноупрочненные (ДУ) КМ с равномерным распределением упрочнителя, чего трудно добиться другими способами. Главным сдерживающим фактором широкого распространения метода МЛ является его дороговизна, вызванная сложностью технологии и энергоемкостью процесса.

Снижение себестоимости механически легированных КМ, которые чаще всего изготавливаются на основе специально получаемых дисперсных порошков, возможно за счет удешевления исходного сырья. В качестве основы КМ можно использовать лом и отходы металлообрабатывающей промышленности, однако вопрос использования для МЛ крупных металлических частиц изучен недостаточно.

Использование в качестве шихтовой составляющей для механического легирования низкосортных окисленных и смешанных отходов авиационного и машиностроительного производства, например токарной или фрезерной стружки, позволит не только экономично вернуть в производство сырье, переработка которого традиционными способами сопряжена с большими потерями металла или вообще невозможна, но и обратить его недостатки — загрязненность примесями и оксидными образованиями в преимущество.

Цели и задачи работы

Исследовать возможность использования промышленных алюминиевых отходов, включая низкосортные и сложноутилизируемые, для создания ДУ КМ. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

1. Исследовать последовательность формирования структуры МЛ КМ, получаемых на основе вторичного алюминиевого сырья, в том числе смешанного.

2. Разработать методику количественной оценки однородности микроструктуры механически легированных КМ.

3. Установить принципиальную возможность использования в качестве основы КМ отходов электролитического производства алюминия высокой чистоты, а также низкосортных смешанных отходов, загрязненных металлическими и неметаллическими примесями.

4. Предложить новые КМ для использования в качестве материала высоконагруженных высокооборотных износостойких втулок и разработать технологический процесс их получения.

Научная новизна

1. Показана возможность формирования структуры ДУ КМ с высокой степенью однородности (коэффициент вариации равномерности распределения фазовых составляющих на уровне 10 %) в случае использования неоднородного по химическому составу промышленного алюминиевого вторичного сырья в качестве исходной шихты при MJ1 в планетарной и в вибрационной мельницах. В результате MJI и последующей консолидации структура КМ состоит из алюминиевого твердого раствора с размером зерна 30-100 нм, фаз матричных сплавов и керамических частиц, диспергированных в процессе обработки порошковых смесей или синтезированных во время MJ1 в воздушной атмосфере со средним размером менее 1 мкм.

2. Установлено, что увеличение времени MJI и величины воздушного потока, пропускаемого через рабочее пространство вибрационной мельницы непрерывного действия, приводит к росту доли оксидных частиц, синтезируемых в материале. Показано, что повышение концентрации магния в исходных сплавах на основе системы Al-Mg приводит к образованию большей доли упрочняющих оксидных частиц за одинаковое время обработки за счет преимущественного окисления магния.

3. Показана принципиальная возможность диспергирования при MJ1 крупных (> 1000 мкм) интерметаллидных фаз и формирования структуры с высокой степенью однородности в КМ на основе сплавов систем Al-Fe-Si и Al-Fe-Si-Cu. Такая возможность реализуется за счет хрупкости интерметаллических фаз и достаточной легированности алюминиевого твердого раствора.

4. Показана возможность использования смешанных, практически не поддающихся утилизации (отвальных) отходов, содержащих частицы a-Fe в виде механической примеси, для получения ДУ КМ с повышенной длительной твердостью (HBj350 3 5-60), износостойкостью (величина износа 1,8-Ю"4 мм3/Н*м) и низким значением КТР (13,5-10~6 -14,5-10"6 К'1 в температурном интервале от 20 до 500 °С).

Практическая значимость

1. Предложена методика количественной оценки достижения однородности микроструктуры механически легированных КМ, в которой критерием однородности является коэффициент вариации равномерности распределения фазовых составляющих.

2. Разработаны технологические процессы изготовления КМ из смешанного, принципиально различающегося по составу вторичного алюминиевого сырья. Один включает в себя высокоэнергетическую обработку исходного сырья, состоящего из предварительно измельченной смеси стружки, например, сплавов Д16 и АК12М2, с частицами карбида кремния в количестве 20 об.% в планетарной мельнице в инертной атмосфере не менее 2 ч. Альтернативный процесс заключается в обработке той же матричной смеси без дополнительного введения упрочняющих частиц в вибрационной шаровой мельнице в течение 15 ч в условиях постоянно сменяющейся воздушной атмосферы. Такая обработка обеспечивает синтез упрочняющих оксидных частиц в процессе MJI, долю которых возможно регулировать изменением времени обработки и величины воздушного потока. Консолидацию MJI гранул, полученных по обоим разработанным процессам, предложено проводить по двухстадийной схеме путем предварительного двухстороннего холодного прессования и последующего прессования при температуре 400 °С до достижения плотности не менее 96 % от теоретической. На технологические процессы получены свидетельства МИСиС о регистрации ноу-хау № 60013-2004 от 13.04.2004 и № 61-013-2004 от 13.04.2004.

3. Для опробования и последующего внедрения в производство высоконагруженных высокооборотных втулок ответственных авиационных агрегатов предложен КМ из вторичного алюминиевого сырья на основе смеси матричных сплавов Д16 и АК12М2, упрочненный оксидными частицами, синтезированными в процессе MJI. КМ (Д16+АК12М2) - О после MJI и консолидации при температуре 400 °С имеет следующие

А Т свойства: HV 245±10, ав сж= 545±50 МПа, износ 4,17-10 мм /Н-м. Разработан, согласован и передан ОАО «Ил» Технологический процесс получения КМ и изготовления высоконагруженных высокооборотных втулок из него. Разработаны и введены в действие Технические условия (ТУ-013-2006-004) на высоконагруженные высокооборотные втулки из MJI дисперсноупрочненных КМ на базе вторичного алюминиевого сырья.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Организация и ход процесса MJI

Основной идеей процесса MJI является получение металлического порошка с контролируемой микроструктурой. Данная идея воплощается в жизнь во время высокоэнергетической обработки материала в измельчающем аппарате в результате многократной сварки и разрушения, происходящих в объеме смеси мелющих тел и порошка, и повторного разрушения и сварки уже прошедших через это частиц порошка. Для успешного проведения MJI необходимо соблюдать некий уровень равновесия между конкурирующими процессами холодной сварки и разрушения частиц порошка.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Показана возможность получения из вторичного алюминиевого сырья КМ заданного химического состава с гомогенной матрицей и равномерным распределением частиц упрочнителя из разнородных по составу шихтовых материалов. В результате обработки матричной стружковой смеси сплавов Д16 и АК12М2 по двум схемам: а) в планетарной мельнице, оснащенной квазицилиндрическими мелющими телами, совместно с частицами SiC с исходным размером 10 мкм; б) в тороидальной вибрационной мельнице непрерывного действия в контролируемой воздушной атмосфере, а также последующей консолидации формируется структура материала, состоящая из зерен алюминиевого твердого раствора с линейным размером до 100 нм, фаз матричных сплавов разной дисперсности, а также измельченных частиц упрочнителя, введенных в шихту или синтезированных в процессе МЛ размером менее 1 мкм. Проведение МЛ в окислительной атмосфере позволяет регулировать объемную долю синтезируемых упрочняющих оксидных частиц путем изменения продолжительности обработки и скорости прохождения воздушного потока через рабочее пространство мельницы.

2. Предложена методика количественной оценки достижения однородности микроструктуры МЛ КМ, в которой критерием является коэффициент вариации равномерности распределения наиболее характерных фазовых составляющих. Признано, что если коэффициент вариации распределения одной из фаз материала имеет величину менее 10 %, структура КМ обладает удовлетворительной степенью однородности (гомогенности) распределения этой фазы.

3. Исследовано влияние содержания магния на кинетику окисления сплавов системы Al-Mg в процессе обработки в вибрационной мельнице в контролируемой воздушной атмосфере. Установлено, что магний уже после 1 ч МЛ полностью окисляется, определяя тем самым на этом этапе более высокую степень окисления КМ с большей концентрацией магния.

4. Исследовано влияние химического и фазового состава на процессы измельчения крупных (> 1000 мкм) частиц интерметаллидных фаз в сплавах системы Al - Fe - Si и Al -Fe - Si - Си в ходе МЛ в планетарной мельнице. Установлено, что эффективное измельчение различных интерметаллических частиц и образование структуры с высокой степенью однородности в материалах на основе этих систем определяется в основном легированностью алюминиевого твердого раствора. После 6 ч МЛ и консолидации при 480 °С КМ на основе сплава Al-25%Cu-10%Fe-10%Si имеет структуру с равномерно распределенными частицами интерметаллических фаз размером менее 1 мкм и обладает

•1ГЛ следующими свойствами: HV 430±20, HBi 39+6, средний КТР в интервале температур 20-500 °С равен 12,5-Ю"6 К"1, износ 2,8-Ю-4 мм3/Н-м.

5. Показана возможность получения ДУ КМ на основе смешанных низкосортных отходов сложного состава путем обработки в планетарной мельнице. После 6 ч обработки структура КМ А1 - 20 % Si - 3,3 % Fe - 3,1 % Си - 2,5 % Ni - 0,3 % Сг, содержащего a-Fe в виде механической примеси, приобретает значительную степень однородности. КМ приведенного состава имеют высокий уровень длительной твердости (HBi350 3 5-60) и износостойкости (величина износа 1,8-10"4 мм3/Н-м) при низких значениях среднего коэффициента термического расширения 13,5-Ю-6 - 14,5Т0'6 1С1 в температурном интервале от 20 до 500 °С.

6. Предложена технология изготовления КМ из вторичного алюминиевого сырья методом MJI на примере материалов на основе смеси матричных сплавов Д16 и АК12М2, упрочненных как керамическими частицами, введенными в состав шихты, так и синтезированными в процессе обработки в окислительной атмосфере. Технологическая схема включает в себя высокоэнергетическую механическую обработку исходного стружкового сырья, консолидацию порошковой смеси в брикеты, способы контроля качества гранул и готового материала.

7. Для опробования и последующего внедрения в производство высоконагруженных высокооборотных втулок ответственных авиационных агрегатов предложен КМ на основе смеси матричных сплавов Д16 и АК12М2, упрочненный оксидными частицами, синтезированными в процессе обработки материала в вибрационной мельнице в воздушной среде. Показано, что этот КМ обладает достаточно высоким уровнем предела прочности при сжатии (ств=550±50 МПа) и износостойкостью на уровне бронзы БрАЖН 10-4-4. Разработан, согласован и передан ОАО «Ил» Технологический процесс получения КМ и изготовления из него высоконагруженных высокооборотных втулок. Разработаны и введены в действие Технические условия (ТУ-013-2006-004) на высоконагруженные высокооборотные втулки из МЛ дисперсноупрочненных КМ на базе вторичного алюминиевого сырья.

1. Чалмерс Б. Физическое металловедение. М.: Металлургиздат, 1963.

2. Ходаков Г.С. // Коллоид, журн. 1998. Т. 60, №5, с. 684-697.

3. Ходаков Г.С. Физика измельчения: (Монография). М.: Наука, 1972.

4. Лихтман В.И., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. Физико-химическая механика металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

5. Уракаев Ф.Х., Болдырев В.В. // Изв. РАН. Неорган, материалы. 1999. Т. 35, № 2, с. 248-256.

6. Dachille F., Rustum R. // Nature. 1960. Vol. 186, N 4718, p. 34, 71.

7. Болдырев В.В. // Кинетика и катализ. 1972. Т. 13, вып. 6, с. 1411-1421.

8. Айбиндер С.Б. Холодная сварка металлов. Рига: Изд-во АН Латв. ССР, 1957.

9. Бочвар А.А. Металловедение. М.: Металлургиздат, 1945.

10. Айбиндер С.Б., Клокова Э.Ф. // Журн. техн. физики. 1955. Т. 25, вып. 13, с. 23562364.

11. Gilman P.S., Benjamin J.S. // Annu. Rev. Mater. Sci. 1983. Vol. 13, p. 279-300.

12. Ma E., Atzmon M. // Mod. Phys. Lett. B. 1992. Vol. 6, N 3, p. 127-138.

13. Григорьева Т.Ф., Баринова Ф.П., Болдырев В.В. // Изв. РАН. Неорганич. Материалы. 1996. Т. 32, № 1, с. 41-43.

14. Benjamin J.S., Volin Т.Е., Weber J.H. // High Temp. High Pressur. 1974. Vol. 6, N 4, p. 443-446.

15. Wilson E.G. Production of nitrid dispersion-strengthened alloys. Europ. Pat. Appl. EP 225047 (CI. C22C1/10), 10 Jun. 1987, GB Appl. 85/29316, 28 Nov. 1985.3 p.

16. Ramhath V., Jha В., Gopinathan V., Ramakrishnan P. // Trans. Indian Inst. Met. 1986. Vol. 39, N 6, p. 592-596.

17. Gilman P.S., Mattson W.E. Production of mechanically alloyed powder. Pat. US 4627959 (CI. 419/61; B22F1/00), 09 Dec. 1986; Appl. 745890, 18 Jun. 1985. 12 p.

18. Bomford M.J., Benjamin J.S. Mechanically-alloyed aluminum-aluminum oxid. Пат. США, кл. 75-5 AG, (В 22 f 9/00), № 3740210. Заявл. 06.07.1971; опубл. 19.06.1973.

19. Bomford M.J., Benjamin J.S. Mechanically-alloyed aluminum-aluminum oxid. Пат. США, кл. 29-182.5, (В 22 f 9/00), № 3816080. Заявл. 26.02.1973; опубл. 11.06.1974.

20. Yan X.X., Bois N., Cizeron G. // J. Phys. Sec. 1994. Vol. 4, N 10, p. 1913-1928.

21. Gilman P.S., Nix W.D. // Met. Trans. A. 1983. Vol. 12, N 5, p. 813-884.

22. Солонин A.H. Исследование и разработка композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов, полученных методом механического легирования. Дисс. к.т.н. 2004, Москва, МИСиС.

23. Аксенов А.А. Оптимизация состава и структуры композиционных материалов на алюминиевой и медной основе, получаемых жидкофазными методами и механическим легированием. Дисс. д.т.н. 2007, Москва, МИСиС.

24. Cheng Tianyi // Scr. Mater. 1996. Vol. 34. N 9, p. 1377-1382.

25. Бурке Д., Вейсс В. Сверхмелкое зерно в металлах. М.: Металлургия, 1973.

26. Benjamin J.S. Zone annealing in dispersion-strengthened materials. Pat. US 3746581 (CI. 148-11.5F; С 21d, b22f), 17 Jul. 1973; Appl. 221979, 31 Jan. 1972. 10 p.

27. Физическое металловедение / Под. ред. Кана Р.У., Хаазена П., пер. с анг. / Т № 3. Физико-механические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия 1987.

28. Fecht H.-J. //NANO-94: 2-nd Int. Conf. Nanostruct. Mater., Stuttgart, 1994, p. 41.

29. Физическое металловедение / Под. ред. Кана Р.У., Хаазена П., пер. с анг. / Т № 1. Атомное строение металлов и сплавов. М.: Металлургия 1987.

30. Fecht H.-J. //Nanostruct. Mater., 1992, Vol. 1. N 2, p. 125-130.

31. Валиев P.3., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. М.: Логос, 2000.

32. Шоршоров М.Х. Ультрадисперсное структурное состояние металлических сплавов. М,: Наука, 2001.

33. Физическое металловедение / Под. ред. Кана Р.У., Хаазена П., пер. с анг. / Т № 2. Металлические композитные материалы. М.: Металлургия 1987.

34. Портной К.И., Бабич Б.Н. Дисперсноупрочненные материалы. М.: Металлургия1974.

35. Золоторевский B.C. Механические свойства металлов. М.: МИСиС, 1998.

36. Кембел Дж. Современная общая химия / Под. ред. Соколовской Е.М., пер. с анг. /Т№ 1. М.: Мир, 1975.

37. Юм-Розери В. Введение в физическое металловедение. М.: Металлургия, 1965.

38. Григорьева Т.Ф., Иванов Е. Ю., Болдырев В.В. // Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук, 1989, вып. 5, с. 91-97.

39. Хансен М.А., Андерко К. Структуры двойных сплавов. М.: Металлургиздат,

40. Григорьева Т.Ф., Баринова А.П., Корчагин М.А., Болдырев В.В. // Химия винтересах устойчивого развития, 1999, № 5, с. 505-509.

41. Металловедение и новая технология легких и жаропрочных сплавов. Сборник научных трудов / Под. ред. Белова А.Ф. М.: ВИЛС, 1982.

42. Мартин Дж., Доэрти Р. Стабильность микроструктуры метастабильных систем. М.: Атомиздат, 1978.

43. Koch С.С., Cavin О. В., МсКашеу С. J., Scarbrough J. О. // Appl. Phys. Lett., 1983. Vol. 43. N 11, p. 1017-1019.

44. Lee P. Y., Koch C.C. // J. Non-Cryst. Solids, 1987. Vol. 94. N 1, p. 88-100.

45. Tiaiment T. J., Schwartz R.B. // J. Less-Common Met., 1988. Vol. 140, p. 99-112.

46. Григорьева Т.Ф., Иванов E. IO., Болдырев В. В. // Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук, 1989, вып. 5, с. 98-101.

47. Kim M.S., Koch C.C. // Appl. Phys. Lett., 1987. Vol. 62. N 8, p. 3450-3453.

48. Cui Lishan, Meng Changgong, Chen Feixia, Yang Daszhi // Gongneng Cailiao, 1995. N 26, p. 448-449.

49. Brodova I., Bashlykov D., Shirinkina L., Stolyarov V. // Int. Conf. Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies, Novosibirsk, 2001, p. 84.

50. Petzoldt F. // J. Less-Common Met., 1988. Vol. 140, p. 85-92.

51. Murty B. S.//Bull. Mater. Sci. 1993. Vol. 16. N 1, p. 1-17.

52. Politis C. Z. // Phys. Chem. (BRD). 1988. Vol. 157. N 1, p. 209-213.

53. Schwartz R. В., Ricardo В., Koch C.C. // Appl. Phys. Lett., 1986. Vol. 49. N 3, p. 146148.

54. Bomford M. J., Benjamin J. S. Aluminium alumina composite powder. Pat. Fr. 2145282 (CI. C22c), 23 Mar. 1973; US Appl. 160202, 06 Jul. 1971. 18 p.

55. Bomford M. J., Benjamin J. S. // Met. Trans. A. 1977. Vol. 8. N 8, p. 1301-1305.

56. Композиционные материалы. Справочник / Под. ред. Карпиноса Д. М. Киев: Наукова думка, 1985.

57. Singer R. F., Oliver W. С., Nix W. D. // Metall. Trans. A. 1980. Vol. 11, N 11, p. 1895-1901.

58. Фрейдин Б. M., Кузьмич Ю. В., Серба В. И., Эскин Г. И. // Межд. конф. «Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии». Киев, 1997, с. 253

59. Фрейдин Б. М., Кузьмич Ю. В., Колесникова И. Г. // Цветные металлы, 2000, № 10, с. 70-74.

60. Кузьмич Ю. В., Колесникова И. Г., Серба В. И., Фрейдин Б. М. Механическое легирование. М.: Наука, 2005.

61. Фрейдин Б. М., Кузьмич Ю. В., Серба В. И. Способ получения легированногопорошка на основе алюминия. Пат. 2113941, Россия, МКИ6 В 22 F 9/04. № 97113004/02. Заяв. 29.07.1997. Опубл. 27.06.1998. Бюл. № 18.

62. Фрейдин Б. М., Кузьмич Ю. В., Серба В. И. // Вопросы материаловедения, 2002, № 1 (29), с. 415-420.

63. Фрейдин Б. М., Кузьмич Ю. В., Серба В. И. // Материалы второго научн.-техн. семинара «Наноструктурные материалы 2002», Москва, 2002, с. 83-84.

64. Кузьмич Ю. В., Фрейдин Б. М., Колесникова И. Г. // Перспективные материалы, 2003, № 6, с. 69-75.

65. Aluminium alloys by mechanical alloying / IncoMAP Mechanically alloyed products // Anti-corros. Met. and Mater., 1987. Vol. 34, N 6, p. 14.

66. Sundaresan R., Froes F. H. // J. Metals, 1987, August, p. 22-27.

67. Bridges P. J., Brooks J. W. // Mater. Aerosp. Proc. 1986. Vol. 1, p. 234-299.

68. Milling atmosphere has important role in MA powder production // Metal powder Rep., 1994. Vol. 49, N 6, p. 22-24.

69. Abe Shinuchi, Sai Shigeoki, Hore Shigenori // J. Jap. Inst. Metals. 1990. Vol. 54. N 8, p. 895-902.

70. Cardellini F., Mazzone G., Antisari M. // Acta Mater. 1996. Vol. 44. N 4, p. 15111517.

71. Pinter A., Toth C., Csanadi A., Roschewski F. // Electron microsc., 1994. Vol. 2 A, p. 457-458.

72. Mukhopadhyay D. K., Suryanarayana C., Froes F. H. // Process. Lightweight Met. Mater. 1995, p. 191-202.

73. Froes F. H., Suryanarayana C., Mukhopadhyay D. K. // Acta Metal, sin. Engl. Lett. 1995. Vol. 8, N4/6, p. 441-446.

74. Fadeeva V. L., Leonov A. V. // Mater. Sci. Eng. A. 1996. Vol. 206. N 1, p. 90-94.

75. Cardellini F., Contini V., Mazzone G., Montone A. // Mater. Sci. Forum. 1995. Vol. 195, p. 19-24.

76. Fadeeva V. L., Leonov A. V., Khodina L. N. // Proc. 4th Int. Workshop Non-Cryst. Solids, Singapore. 1994, p. 135-139.

77. Elliot I. C., Hack G. A. J. // Proc. ASM Int. Conf., Materials Park (Ohio). 1990, p. 1524.

78. Li Chenggong, Yang Wanhong, Luo Zhiping // Acta Metal, sin. Engl. Lett. 1995. Vol. 8, N 4/6, p. 569-576.

79. Leonov A. V., Fadeeva V. L., Gladilina О. E., Matyja H. // J. Alloys and Compounds. 1998. Vol. 281, p. 275-279.

80. Davidson D. L. // Metal. Trans. A. 1987. Vol. 18. N 12, p. 2115-2119.

81. Lu L., Lai M. O., Zhang S. // Key Eng. Mater. Singapore. 1995, p. 104-107.

82. Lee J.-H., Kim S.-J., Park С., Bae C.-H. // J. Mater. Process. Manuf. Sci. 1995. Vol. 4. N 1, p. 55-67.

83. Hong S. J., Kao P. W.//Mater. Sci. and Eng. A. 1991. Vol. 148, p. 189-195.

84. Benjamin J.S., Mercer P. D. // Metal. Trans. A. 1970. Vol. 1. N 10, p. 2943-2951.

85. Benjamin J.S. High-carbon tool steels by powder metallurgy. Pat. US 3591349 CI. 29185.7, (C 22 с 39/54), 27 Aug. 1969; bull. 06 Jul. 1971.

86. Benn R. S., Churwick L. R., Hack G. A. J. // Powder Met. 1981. Vol. 24. N 4, p. 191195.

87. Горобцов В. Г., Дзнеладзе Ж. И., Петров JI. Н., Колесников А. А. Устройство для измельчения порошков. А. с. 916086 СССР, МКИ В 22fl/00. Заявл. 04.07.1980, № 2952277/22-02. Опубл. Б. И. 1982, № 12.

88. Benjamin J.S. Stainless steels by powder metallurgy. Pat. US 3696486 CI. 29-182.5, (B 22 f 1/00), 25 Aug. 1969; bull. 10 Oct. 1972.

89. Feng Li, Ishihara K. N., Shingu P. H. // Metal. Trans. A. 1991. Vol. 22. N 12, p. 28492854.

90. Petzoldt F. // J. Less-Common Metats. 1988. Vol. 140, p. 85-92.

91. Benjamin J.S. // Sci. Amer. 1976. Vol. 234. N 5, p. 40-48.

92. Кипарисов С. С., Падалко О. В. Оборудование предприятий порошковой металлурги. Учебник для ВУЗов. М.: Металлургия, 1988.

93. Weber J. Н., Gilman P. S. Production of mechanically alloyed powder. Pat. US 4443249 (B 22 f 9/04), publ. 17 Apr. 1984.

94. IncoMAP's new superalloy ball mill // Metal Bull. Month. 1983. N 153, p. 47-49.

95. Zoz H. // Adv. Powder Metal. Part. Mater. 1995. Vol. 1, p. 171-178.

96. Горобцов В. Г., Молодан О. И., Колесников А. А., Козачевский Г. Г. Устройство для механического легирования порошковых материалов. А. с. 937009 СССР, МКИ В 02 С 17/16. Заявл. 11.06.1980, № 2966398/29-33. Опубл. Б. И. 1982, № 23.

97. Колесников А. А., Король В. А. Устройство для механической обработки порошковых материалов. А. с. 1009606 СССР, МКИ В 22 F 1/00. Заявл. 11.12.1981, № 3364420/22-02. Опубл. Б. И. 1983, № 13.

98. Фуре В. Я., Колесников А. А., Литвинец М. А., Шиманский В, В. Устройство для измельчения порошков. А. с. 1024104 СССР, МКИ В 02 С 17/16. Заявл. 15.01.1982, № 3386017/29-33. Опубл. Б. И. 1983, № 23.

99. Kimura Н., Kimura М., Takada F. // J. Less-Common Metats. 1988. Vol. 140, p.113.118.

100. Davis R. M., McDermott В., Koch С. С. I I Metal. Trans. A. 1988. Vol. 19. N 12, p. 2867-2874.

101. Скаков Ю. А., Еднерал H. В., Кокнаева M. P. // Физика металлов и металловедение. 1992, № 2.

102. Li Wenkai, Suryanarayana С., Froes F. H. // Adv. Powder Metal. Part. Mater. 1995. Vol. l,p. 145-157.

103. Perez R. J., Huang В., Crawford P. J. // Mater. Sci. and Eng. A. 1995. Vol. 204. N 1/2, p. 217-221.

104. Zedalis M. S., Gilman P. S. Aluminium based metal matrix composites. Pat. US 4946500, C22C 29/12. Publ. 07 Aug. 1990.

105. Huot J., Boily S., Okiba R., Schulz R. // J. Alloys and Compounds. 1998. Vol. 280, p. 306-309.

106. Enzo S., Schiffmi L., Battezzati L., Cocco O. // J. Less-Common Metats. 1988. Vol. 140, p. 129-137.

107. Lee P. Y., Jang J., Koch С. C. // J. Less-Common Metats. 1988. Vol. 140, p. 73-83.

108. Weeber A. W., Haag W. J., Wester A. J. H., Bakker H. // J. Less-Common Metats. 1988. Vol. 140, p. 119-127.

109. Hellstern E., Schulz L., Eckert J. // J. Less-Common Metats. 1988. Vol. 140, p. 9398.

110. Liang G., Huot J., Boily S. // J. Alloys and Compounds. 1999. Vol. 282, p. 286-290.

111. De Lima J. C., Triches D. M., Dos Santos V. H. F., Grandi T. A. // J. Alloys and Compounds. 1999. Vol. 282, p. 258-260.

112. Li Wenkai, Suryanarayana C., Froes F. H. // Process. Lightweight Met. Mater. 1995, p. 203-213.

113. Ventaswamy M. A., Schneider J. A., Groza J. R. // Mater. Sci. and Eng. A. 1996. Vol. 207. N2, p. 153-158.

114. Koch С. C., Cho Y. S. //Nanostruct. Mater. 1992. Vol. 1. N 3, p. 207-212.

115. High capacity ball mill developed for mechanosynthesis. // MPR 1994. Vol. 49. N 7/8, p. 2.

116. Полубояров В. А., Паули И. А., Андрющкова О. В. // Химия в интересах устойчивого развития. 1994, № 2, с. 647-663.

117. Fritsch GmbH Laborgeratebau (Idar-Oberstain). Каталог оборудования. Лабораторная планетарная мельница «Пульверизетте-5», планетарная микромельница «Пульверизетте-7». Idar-Oberstain, 1981.

118. Аввакумов Е. Г., Поткин А. Н., Самарин О. И. Планетарная мельница. А. с. 975068 СССР, В02С17/08. Опубл. 23.11.1982. Бюл. № 43.

119. Oehring М., Yan Z. Н., Klassen Т., Bormann R. // GKSS Rep. 1992. N Е78, p. 671689.

120. Анциферов В. Н., Оглезнева С. А., Пещеренко С. Н. // Физика металлов и металловедение. 1998. Т 85. № 2, с. 98-104.

121. Скаков Ю. А., Обручева Е. В., Умедман В. А. // Металлофизика и новейшие технологии. 1996. Т 18. № 2, с. 74-79.

122. Калошкин С. Д., Томилин И. А., Шелехов Е. В. // Физика металлов и металловедение. 1997. Т 84. № 3, с. 68-76.

123. Елсуков Е. П., Дорофеев Г. А., Каныгин Г. Н. // Химия в интересах устойчивого развития. 1998. № 6, с. 131-135.

124. Padella F., Paradiso Е., Burgio N. // J. Less-Common Metats. 1991. Vol. 175, p. 7990.

125. Григорьева Т. Ф., Корчагин М. А., Баринова А. П., Ляхов Н. 3. // Химия в интересах устойчивого развития. 2000, Т 8. № 5, с. 685-691.

126. Konstanchuk I. G., Ivanov Е. Y., Pezat М. // J. Less-Common Metats. 1987. Vol. 131,p. 181-189.

127. Ivanov E. Y., Konstanchuk I. G., Stepanov A., Boldyrev V. V. // J. Less-Common Metats. 1987. Vol. 131, p. 25-29.

128. Song M. Y., Ivanov E. Y., Dariett B. // J. Less-Common Metats. 1987. Vol. 131, p. 71-79.

129. Егорычев К. H., Курбаткина В. В., Колесниченко К. В. // Изв. Вузов. Цв. металлургия. 1999, № 2, с. 47-50.

130. Ворсина И. А., Григорьева Т. Ф., Баринова А. П., Ляхов Н. 3. // Химия в интересах устойчивого развития. 2000, Т 8. № 5, с. 679-684.

131. Аввакумов Е. Г., Павленко С. И., Косова Н. В. // Химия в интересах устойчивого развития. 2000, Т 8. № 5, с. 657-660.

132. Nohara S., Hamasaki К., Zhang S. G. // J. Alloys and Compounds. 1998. Vol. 280, p. 104-106.

133. Попов А. Г., Шилова H. Ф., Штольц А. К. // Физика и химия обраб. Материалов. 1998. № 6, с. 60-65.

134. Shingu Р. Н. // Solid State Phys. 1991. Vol. 26. N 4, p. 55-59.

135. Shingu P. H.//J. Jap. Soc. Tech. Plast. 1991. Vol. 32. N 368, p. 1116-1120.

136. Tazuhiko A., Dzundzi K. // Kinzoku Metals and Technology. 1995. Vol. 65. N 12, p.

137. Добромыслов А. В., Чурбаев Р. В., Елькин В. А. // Физика металлов и металловедение. 1999. Т 87. № 2, с. 59-64.

138. Фомин Б. А., Москвитин В. И., Махов С. В. Металлургия вторичного алюминия. Учебное пособие для вузов. М.: Экомет, 2004.

139. Салтыков С. А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1970.

140. Шелехов Е. В., Свиридова Т. А., Иванов А. Н. // Материалы научно-практического семинара «Научно-технологическое обеспечение деятельности предприятий, институтов и фирм». М.: МГИУ, 2003, с. 186-195.

141. Уманский Я. С., Скаков Ю. А., Иванов А. Н., Расторгуев Л. Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1982.

142. Suryanarayana С. // Progress in Materials Science. 2001. Vol. 46, p. 1-184.

143. Бочвар A. A. // Изв. АН СССР. OTH 1947 № 10, c. 1369-1384.

144. Петржик M. И., Штанский Д. В., Левашов Е. А. // Материалы X международной научно-технической конференции «Высокие технологии в промышленности России». Москва, 2004, с. 311-318.

145. Лившиц Б. Г., Крапошин В. С., Линецкий Я. Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980.

146. Fogagnolo J.В., Velasco F., Robert M.H., Torralba J.M. // Materials Science and Engineering A. 2003. Vol. 342, p. 131-143.

147. Пригунова А. Г., Белов H. А., Таран Ю. Н., Золоторевский В. С., Напалков В. И., Петров С.С. Силумины. Атлас микроструктур и фрактограмм промышленных сплавов. М.: МИСиС, 1996.