RU1797516C - Способ экструзии частиц из сплавов цветных металлов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к порошковой металлургии. Сущность изобретени : осуществл ют экструзию частиц с недопрес- совкой 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера. Частицы подогревают до температуры 0,35-0,5 температуры их плавлени , а стенки контейнера и недопрессовку - до 0,7-0,8 то же температуры, подают порошок шнеком в контейнер, а затем доуп- лотн ют их совместно с экструзией недопрессовки в услови х градиента температуры по длине. 3 табл,

Description

Изобретение относитс  к области порошковой металлургии, в частности, к способу производства полуфабрикатов из порошков, и может быть использовано дл  утилизации стружковых отходов металлов.

При изготовлении методами ОМД полуфабрикатов из порошков металлов и сплавов приемом, усложн ющим процесс,  вл етс  брикетирование. Использование брикетов позвол ет повысить плотность и массу заготовок под деформацию и решить проблему их подогрева без использовани  дорогосто щих и нетехнологичных оболочек . Однако сам процесс брикетировани , осуществл емый в режиме прессовани ,  вл етс  малопроизводительным, трудоемким и требует дополнительного оборудо- вани . Поэтому известны попытки, создать непрерывный процесс брикетировани , а иногда - объединить его с процессом последующей обработки. Наиболее близким по технической сущности к насто щему техническому решению  вл етс  способ и устрой- ствр дл  подачи порошка в пресс дл 

экструзии. Согласно прототипу в контейнер пресса с одной стороны устанавливают глухую съемную матрицу, а с другой - ввод т шнековый транспортер, при помощи которого контейнер заполн ют порошком. Затем транспортер удал ют, матрицу замен ют и- производ т экструзию. Технологические приемы, описанные в прототипе , имеют следующие недостатки: 1. Поскольку возможности уплотнени  порошковой массы шнеком невелики, она дополнительно распрессовываетс  в контейнере в процессе экструзии. Так как плотность полученного таким образом брикета мен етс  обратно пропорционально рассто нию от пресс-штемпел , то затрудн етс  удаление воздуха, занимающего межчастичное пространство в материале. Это способствует возникновению непроваров, газовых пузырей и повышенного количества кислорода в полуфабрикатах и готовых прутках. 2. Применение съемных матриц приводит к необходимости вести процесс без пресс-остатка . Тогда величина противодавлени  в

Ё

XI О Ч СЛ

со

контейнере до заполнени  материалом рабочей полости матрицы определ етс  только выт жкой и оказываетс  недостаточной, что, в конечном итоге, сопровождаетс  ухудшением прочности соединени  частиц, особенно - в передних концах заготовок, В совокупности недостатки прототипа снижают качество полученных заготовок, за счет повышенного загр знени  газами недостаточной прочности соединени  и низкой ста бильности свойств по длине.

Цель изобретени  - повышение качества экструдированных заготовок.

Дл  достижени  поставленной цели частицы нагревают до 0,4-0,5 абсолютной температуры плавлени  сплава, подают и уплотн ют шнеком в контейнере пресса, стенки которого нагреты до 0.7-0,8 абсолютной температуры и производ т экструзию с недопрессовкой высотой 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера, одновременно доуплотн   и догрева  поданные в контейнер частицы в услови х градиента температур . При известных плотност х частиц после уплотнени  шнеком (рш) и распрес- совки (р), высоту недопрессовки (определ ют по соотношению

Рш+р

где L - длина рабочей полости контейнера.

Экструзи  с недопрессовкой необходима дл  создани  посто нного подлине заготовки противодавлени , обеспечивающего стабильность свойств При экструзии без недопрессовки в начальный момент истечени  до заполнени  материалом рабочей полости матрицы величина противодавлени  низка и непосто нна во времени; вследствие чего возможно по влени  различных дефектов , в частности, расслоение переднего конца полученного прутка,:

Высоту недопрессовки (h) выбирают в пределах 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера (L) или подсчитывают из соотношени . .

Поддержание определенной высоты недопрессовки необходимо дл  повышени  стационарности процесса, и создани  условий при которых процесс уплотнени  поданной шнеком в контейнер порошковой массы и выдавливани  сформированной в предыдущем цикле и нагретой недопрессовки протекают параллельно и одновременно (совместно). Если недопрессовка имеет высоту h и плотность р, то масса плотностью РШ, поданна  шнеком в контейнер с рабочей полостью длиной L, имеет высоту L - h. Тогда условие равенства масс hj (L - h) рш приводит к выражению

РШ +р

Плотность р слабо зависит от реологии порошковых частиц, определ етс  целиком давлением экструзии и составл ет 0.9-1,0 абсолютной плотности. Плотность ,наоборот , существенно зависит от реологии частиц (чешуйки, осколки, сферы) и технологических параметров (состав сплава и его сопротивление деформации, температура , тип и конструкци  шнека и т.п.). Практически рш мен етс  от 0,1 теоретической

дл  чешуек при достаточно низком давлении пресса до 1,0, если шнек может развить бесконечно большие давлени . Тогда диапазон высот недопрессовки измен етс  от минимума (при р рмакс 1, /Эш рмин 0,1)

5 до максимума (при р рш), т.е. лежит в пределах 0,11. h 0,5L .

Температура стенок контейнера (Тк) и равна  ей температура экструзий выбираютс  в пределах 0,7-0,8 абсолютной температуры плавлени  (Тпл.). Если Тк 0,7 Тпл, снижаетс  прочность соединени  частиц и повышаетс  сопротивление материала выдавливанию , что вынуждает снижать выт жку при экструзии, еще более снижа  прочность соединени . ЕслиТк 0,8ТПл резко возрастает склонность к внутренним дефектам и трещинам из-за частичного оп- лавлени  легкоплавких составл ющих, присутствующих в сплавах, особенно сложного состава. Температуру нагрева частиц (Тч) выбирают в интервале 0,4-0,5 Тп. Подогрев частиц перед их подачей в контейнер позвол ет повысить плотность при шнеко- вом уплотнении (/Эщ), сократить продолжительность выдержки при догреве в контейнере, а выполнение услови  Тч Тк дает возможность осуществить доуплотне- нме от/Эш плотности расспрессовки ф) в услови х градиента температур. Если ,4 Тпл возрастает сопротивление их уплотнению как при шнековой подаче (рш), так и при обжатии прессом {р}, В результате уменьшаетс  вес материала, единовременно наход щегос  в контейнере и возрастает врем  догрева, т.е. снижаетс  производительность . Если ,5Тпл снижаетс  градиент температур по длине загрузки и ухудшаютс 

5

0

5

5

услови  газоотвода. В результате возрастает веро тность сохранени  остаточной пористости , т.е. снижени  качества материала или его стабильности. Совокупность описанных приемов позвол ет повысить уровень и стабильность свойств компактных полуфабрикатов, то есть достичь повышени  качества.

Все примеры приведены применительно к экструзии частиц меди и алюмини . Дл  экструзии использовали горизонтальный гидравлический пресс усилием 12 МН, шне- ковый транспортер, смонтированный на торце контейнера и муфельную нагревательную печь. Обогреваемый контейнер пресса имеет диаметр 170мм, общую длину 700 мм, рабочую длину 500 мм,

П р и м е р 1. Сравнение за вл емого способа с прототипом. Достижение цели. Объекты исследовани : а) медный порошок состава Си - 0,05%Zr, размер частиц 0,045- 0,145 мм, получен газовым распылением расплава; б) отходы алюминиевого сплава Ak5M2 в виде стружки с максимальным размером частиц 5-10 мм. По прототипу медный порошок нагревали до 600°С, загружали шнеком в контейнер с той же температурой и экструдировали с выт жкой А 20. Алюминиевую стружку обрабатывали аналогичным образом при 400°С. По предлагаемому способу экструзию вели с недоп- рессовкой, и совмещали с доуплотнением. Частицы перед подачей в контейнер подогревали , а окончательный нагрев и доуп- лотнение проводили в услови х градиента температур. Параметры технологии по предлагаемому способу приведены в табл. 1.1.

Механические свойства материалов, полученных по прототипу и предлагаемому способу определ ли на образцах, вырезанных вдоль оси экструдированных прутков .

Приведенные в табл. 1.2. данные показывают; что материал, полученный по предлагаемому способу, имеет более высокое качество, выражающеес  в повышенных значени х прочности и относительного удлинени  и более высокой стабильности. Этот эффект достигаетс : а) за счет экструзии с недопрессовкой, что обеспечивает посто нное по длине прутка противодавление и величину среднего напр жени  всестороннего сжати .

б) градиентного нагрева наход щейс  в контейнере порошковой массы, что активирует направленный газоотвод как при ижековом, так и при доуплотнении. В соответствии с этим снижаетс  остаточна  пористость и пораженность прутка газовыми

пузыр ми, а также возрастает прочность соединени  частиц за счет роста эффективной поверхности соединени .

Эти обсто тельства привод т к отме- 5 ченному положительному изменению уровн  и стабильности свойств, то есть свидетельствуют о достижении поставленной цели.

П р и м е р 2. Определение высоты не0 допрессовки.

Э кструдируют с выт жкой А 9 стружку из алюминиевого сплава АД1. Температура подогрева частиц 100°С (0,4 Т/ТПЛ), температура стенок контейнера 430°С (0,75 Т/

5 Тпл), плотность материала после шнекового уплотнени  (рш) и после доуплотнени  (/), определенные в независимых экспериментах: рш 0,25 теоретической (0,68 г/см3), р- 0,95 (2,61 г/см Перва  недопрессОв0 ка высотойЗООмм(.6)изготавливаетс  в независимом эксперименте. Дальнейший процесс ведут, раздел   специальными прокладками объемы распресеованного и уплотненного шнеком материала. Высоту

5 недопрессовки измер ют из услови  посто нства массы через длину полученного из нее прутка. Результаты эксперимента сведены в табл. 2.1.

Видно, что в услови х произвольно за0 данной высоты недопрессовки первые сутки , полученные по предлагаемому способу имеют различную длину, что соответствует различной, мен ющейс  от экструзии к экструзии, высоте недопрессовки и раз5 личной высоте и массе материала, подаваемой шнеком в контейнер. При начальной высоте недопрессовки h/L 0,6 процесс . стабилизируетс  к 5-6 экструзии; при до- полнительном повышении h/L или сниже0 нии его ниже 0,1, количество экструзий, необходимых дл  стабилизации процесса возрастает. Процесс стабилизуетс , когда экспериментально установленна  высота недопрессовки становитс  равной высоте,

5 подсчитанной по соотношению (1). Следовательно , высота недопрессовки в диапазоне 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера или равна  величине определ емой соотношением (1)обеспечивает максимальнуюста0 ционарность процесса доуплотнени  при одновременно протекающих экструзии и доуплотнени .

П р и м е р 3. Определение температурных параметров способа.

5 Объект компактировани : частицы из алюмини  марки АД1 в виде резаной стружки размером до 10 мм. Температура плавле- . ни  материала 993 К. Плотность стружки в. свободно засыпанном состо нии ро - 0,17.

плотности рш (в зависимости от температуры подогрева стружки) и р (в зависимости от температуры стенок контейнера) определ ли в независимых экспериментах, а высоту недопрессовки рассчитывали по соотношению (1). Результаты экспериментов

(табл. 3.1) показывают, что несоблюдение ограничительных температурных параметров способа (Варианты 1, 4, 5, 8) сопровождаетс  по влением недостатков, исключающих возможность его использовани .

Claims (3)

1. Способ экструзии частиц из сплавов цветных металлов, включающий подачу и уплотнение частиц шнеком в рабочей полости контейнера пресса, доуплотнение их пресс-штемпелем и экструзию, отличаю- щ и и с   тем, что, с целью повышени  качества, экструзию осуществл ют с не- допрессовкой высотой, равной 0,1-0,5 длины рабочей полости контейнера, а до- уплотнение частиц ведут совместно с экструзией в услови х градиента температуры подлине.

2. Способ по п.1, о тли чающийс  тем, что дл  создани  градиента температуры частицы перед подачей в контейнер нагревают до 0,4-0,5 абсолютной темпе .Т а б л и ц а 1.2

Механические свойства прутков и частиц медных и алюминиевых сплавов, полученных

по прототипу и предлагаемому способу

ратуры плавлени  сплава, а температуру стенок контейнера и недопрессовки поддерживают равной 0,7-0,8 температуры плавлени  сплава.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что высоту недопрессовки определ ют из соотношени 

где рш - плотность частиц после уплотнени  шнеком; .

р - плотность частиц после доуплотне- ни ;

L - длина рабочей полости контейнера.

Таблица 1.1

Таблица 2.1

Таблица ЗЛ