RU2113941C1 - Method for production of alloyed powder based on aluminum - Google Patents
Method for production of alloyed powder based on aluminum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2113941C1 RU2113941C1 RU97113004A RU97113004A RU2113941C1 RU 2113941 C1 RU2113941 C1 RU 2113941C1 RU 97113004 A RU97113004 A RU 97113004A RU 97113004 A RU97113004 A RU 97113004A RU 2113941 C1 RU2113941 C1 RU 2113941C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- mixture
- aluminum
- particles
- particle size
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению методом механического легирования композиционных порошков на основе алюминия с высоким содержанием легирующих добавок, таких как бор, карбид кремния и другие. Из этих порошков путем горячего прессования, экструзии и т. п. могут быть получены композиционные материалы с улучшенными физико-механическими свойствами, используемые в производстве контейнеров для хранения и транспортировки радиоактивных материалов, при изготовлении пар трения и других узлов и деталей машин. The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production by mechanical alloying of composite powders based on aluminum with a high content of alloying additives, such as boron, silicon carbide and others. From these powders by means of hot pressing, extrusion, etc., composite materials with improved physical and mechanical properties can be obtained that are used in the manufacture of containers for storing and transporting radioactive materials, in the manufacture of friction pairs and other machine components and parts.
При получении механически легированных порошков возникает проблема придания им физико-механических свойств, которые обеспечивали бы необходимые характеристики конечного компактного материала. К таким свойствам могут быть отнесены структура и состав порошка, текучесть, микротвердость матрицы и другие свойства, обеспечивающие хорошую свариваемость компактного материала, отсутствие повреждений в околошовной зоне, снижение склонности к появлению горячих трещин при сварке с присадочной проволокой по сравнению со сплавом типа АМГ-6. Upon receipt of mechanically alloyed powders, the problem arises of giving them physico-mechanical properties that would provide the necessary characteristics of the final compact material. Such properties may include the structure and composition of the powder, fluidity, microhardness of the matrix and other properties that ensure good weldability of the compact material, the absence of damage in the heat-affected zone, and a decrease in the tendency to hot cracks when welding with filler wire compared to an alloy of type AMG-6 .
Известен способ получения легированного порошка на основе алюминия (авт. св. СССР N 1675062, кл. B 22 F 9/04, 1991) путем высокоэнергетической механической обработки в аттриторе порошкообразной шихты, содержащей алюминий и легирующий компонент, выбранный из группы переходных металлов. Механическая обработка шихты в аттриторе осуществляется в три стадии: сначала при температуре 20 - 80oC в течение 1,5 - 2,0 ч, затем при 500 - 600oC в течение 0,5 - 1,0 ч и затем при 20 - 80oC в течение 2 - 4 ч. При этом на второй стадии происходит полное превращение порошка шихты в алюминид заданного состава с переводом его в аморфное состояние на третьей стадии обработки.A known method of producing an alloyed powder based on aluminum (ed. St. USSR N 1675062, class B 22 F 9/04, 1991) by high-energy machining in the attritor of a powder mixture containing aluminum and an alloying component selected from the group of transition metals. The mechanical treatment of the charge in the attritor is carried out in three stages: first at a temperature of 20 - 80 o C for 1.5 - 2.0 hours, then at 500 - 600 o C for 0.5 - 1.0 hours and then at 20 - 80 o C for 2 to 4 hours. In this case, in the second stage, the charge powder is completely converted to the aluminide of a given composition with its transfer to the amorphous state in the third processing stage.
Недостатком данного способа является то, что получаемые аморфные алюминиды при компактировании требуют высокой температуры (1162oC) и давления (105 МПа), а также последующей высокотемпературной термической обработки компактного материала при 1100oC. Компактный материал характеризуется повышенной хрупкостью и низким качеством сварного шва.The disadvantage of this method is that the resulting amorphous aluminides when compacting require high temperature (1162 o C) and pressure (105 MPa), as well as subsequent high-temperature heat treatment of the compact material at 1100 o C. The compact material is characterized by increased fragility and low quality of the weld .
Известен также способ получения легированного порошка на основе алюминия, (патент США N 4627959, кл. B 22 F 1/00, 1986) путем высокоэнергетической механической обработки в инертной атмосфере порошкообразной шихты с размером частиц 3 - 250 мкм, содержащей алюминий и одну или несколько легирующих добавок. Механическую обработку ведут в присутствии стеариновой кислоты, регулирующей процесс измельчения, которую вводят в количестве до 5% от массы исходной шихты. Высокоэнергетическую механическую обработку осуществляют до тех пор, пока насыпная плотность измельчаемой шихты не составит по меньшей мере 25% от плотности полностью компактированного материала при его экструзии. Расход энергии, исходя из скорости мельницы и общего числа оборотов, составляет 104 - 105 кДж/кг. Получаемый порошок имеет средний размер частиц менее 50 мкм (300 меш).There is also a method of producing an alloyed powder based on aluminum, (US patent N 4627959, class B 22 F 1/00, 1986) by high-energy machining in an inert atmosphere of a powder mixture with a particle size of 3 - 250 microns, containing aluminum and one or more alloying additives. The mechanical treatment is carried out in the presence of stearic acid, which regulates the grinding process, which is introduced in an amount up to 5% by weight of the initial charge. High-energy machining is carried out until the bulk density of the crushed mixture is at least 25% of the density of a fully compacted material during its extrusion. The energy consumption, based on the speed of the mill and the total number of revolutions, is 10 4 - 10 5 kJ / kg. The resulting powder has an average particle size of less than 50 μm (300 mesh).
Недостатком данного способа является использование стеариновой кислоты в качестве регулирующего процесс реагента, что отрицательно сказывается на технологических характеристиках легированного порошка. Стеариновая кислота привносит в порошок до 2,5% углерода, что является нежелательным, и до 0,8% водорода, присутствие которого обусловливает возникновение пористости и ухудшение свариваемости компактного материала. Получаемый в результате порошок имеет избыточную (выше 3000 МПа) микротвердость, что приводит к повышению рабочей температуры последующего компактирования и оказывает отрицательное влияние на свариваемость компактного материала из-за образования интерметаллидов с коэффициентами термического расширения (КТР), отличающимися от КТР алюминиевой матрицы. Порошок характеризуется неправильной формой частиц, снижением их размера по отношению к исходному размеру и вследствие этого низкой текучестью. Использование насыпной плотности в качестве критерия завершения процесса механического легирования не позволяет однозначно оценить степень готовности порошка. Кроме того, использование для описания процесса геометрических критериев, таких как диаметр и длина барабана мельницы, диаметр шаров и его соотношение с диаметром мельницы, объемное заполнение шарами и т.п., затрудняет использование изобретения при других (меньших или больших) масштабах производства. Этот недостаток может быть устранен при использовании энергетических характеристик. The disadvantage of this method is the use of stearic acid as a process-controlling reagent, which negatively affects the technological characteristics of the doped powder. Stearic acid introduces into the powder up to 2.5% carbon, which is undesirable, and up to 0.8% hydrogen, the presence of which causes the occurrence of porosity and deterioration of weldability of the compact material. The resulting powder has an excess (above 3000 MPa) microhardness, which leads to an increase in the working temperature of the subsequent compaction and has a negative effect on the weldability of a compact material due to the formation of intermetallic compounds with thermal expansion coefficients (CTE) different from the CTE of the aluminum matrix. The powder is characterized by an irregular shape of the particles, a decrease in their size in relation to the original size and, as a result, low fluidity. The use of bulk density as a criterion for completing the process of mechanical alloying does not allow us to unambiguously assess the degree of readiness of the powder. In addition, the use of geometric criteria to describe the process, such as the diameter and length of the mill drum, the diameter of the balls and its relationship with the diameter of the mill, volume filling with balls, etc., makes it difficult to use the invention at other (smaller or larger) production scales. This disadvantage can be eliminated by using energy characteristics.
Изобретение направлено на решение задачи получения легированного порошка на основе алюминия со значениями микротвердости металлической матрицы в интервале 2300 - 3000 МПа и увеличенными средним размером частиц и текучестью порошка для улучшения микроструктуры и свариваемости композиционного материала. The invention is aimed at solving the problem of obtaining an alloyed powder based on aluminum with microhardness values of the metal matrix in the range of 2300 - 3000 MPa and increased average particle size and fluidity of the powder to improve the microstructure and weldability of the composite material.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения легированного порошка на основе алюминия путем высокоэнергетической механической обработки в инертной атмосфере порошкообразной шихты, содержащей алюминий, магний и один или более других легирующих компонентов, согласно изобретению используют шихту с размером частиц 1 - 500 мкм, расход энергии на механическую обработку составляет 106 - 107 кДж/кг шихты, а локальная мощность равна 104 - 105 кВт/кг шихты, при этом механическую обработку ведут до получения композиционного порошка с преимущественно сфероидной формой частиц, средний размер которых в 1,5 - 10,0 раз превышает средний размер частиц шихты. Поставленная задача решается также тем, что шихта содержит 1 - 4 мас.% магния с размером частиц 40 - 100 мкм. Решение поставленной задачи обеспечивается также тем, что в качестве легирующей добавки шихта содержит 2 - 30 мас.% бора с размером частиц 1 - 5 мкм. На решение поставленной задачи направлено то, что в качестве легирующей добавки шихта содержит 5 - 30 мас.% карбида кремния с размером частиц 1 - 15 мкм. На решение поставленной задачи направлено то, что шихта дополнительно содержит 1 - 4 мас.% меди с размерами частиц 20 - 100 мкм. Решение поставленной задачи обеспечивается и тем, что шихта содержит порошок алюминия с размером частиц 40 - 500 мкм.The problem is solved in that in the method for producing an alloyed powder based on aluminum by high-energy machining in an inert atmosphere of a powder mixture containing aluminum, magnesium and one or more other alloying components, according to the invention, a charge with a particle size of 1 to 500 μm, energy consumption the machining is 10 6 - July 10 kJ / kg batch, and the local power is 10 4 - 10 May kW / kg batch, the mechanical treatment is carried out to obtain a composite powder with advan ety spheroidal particle form having an average size of 1.5 - 10.0 times the average particle size of the batch. The problem is also solved by the fact that the mixture contains 1 to 4 wt.% Magnesium with a particle size of 40 to 100 microns. The solution to this problem is also ensured by the fact that, as an alloying additive, the mixture contains 2-30 wt.% Boron with a particle size of 1-5 microns. The solution to this problem is directed to the fact that, as an alloying additive, the mixture contains 5-30 wt.% Silicon carbide with a particle size of 1-15 microns. The solution to this problem is directed to the fact that the charge additionally contains 1 to 4 wt.% Copper with particle sizes of 20 to 100 microns. The solution to this problem is provided by the fact that the mixture contains aluminum powder with a particle size of 40 - 500 microns.
При использовании шихты с размером частиц менее 1 мкм в составе порошка возрастает содержание кислорода, что отрицательно сказывается на технологических свойствах компактного материала, в частности свариваемости. При размере частиц шихты более 500 мкм требуется повышенная локальная мощность в процессе механической обработки, что приводит к сильному разогреву массы порошка и слипанию частиц в крупные конгломераты. При этом под локальной мощностью понимается кинетическая энергия, сообщенная материалу в единицу времени при соударениях мелющих тел с частицами порошка. Расчет величины локальной мощности проводился по методике, описанной А.Н. Стрелецким с соавторами (Proc. of 2nd Int. Conf. on Mechanical Alloying for Structural Applications, Ohio, 1993, р.51). When using a mixture with a particle size of less than 1 μm in the composition of the powder, the oxygen content increases, which negatively affects the technological properties of a compact material, in particular weldability. When the particle size of the mixture is more than 500 μm, an increased local power is required during the machining process, which leads to a strong heating of the powder mass and adhesion of particles to large conglomerates. In this case, the local power is understood as the kinetic energy imparted to the material per unit time during the collisions of grinding media with powder particles. The calculation of the local power was carried out according to the method described by A.N. Streletsky et al. (Proc. Of 2nd Int. Conf. On Mechanical Alloying for Structural Applications, Ohio, 1993, p. 51).
Затраты энергии на механическую обработку в количестве 106 - 107 кДж/кг шихты и величина локальной мощности 104 - 105 кВт/кг шихты обусловлены следующим. При затрате энергии менее 106 кДж/кг шихты имеет место ухудшение равномерности распределения легирующей добавки в алюминиевой матрице, снижение микротвердости матрицы получаемого порошка и уменьшение среднего размера его частиц. При затрате энергии выше 107 кДж/кг шихты частицы порошка могут образовывать крупные конгломераты, дальнейшая механическая обработка которых затруднительна. Если приложенная локальная мощность ниже 104 кВт/кг шихты, процесс легирования идет неэффективно или вообще не идет, при локальной мощности выше 105 кВт/кг шихты происходит ухудшение качества продукта ввиду чрезмерного наклепа порошка, так как затрудняется его дальнейшая обработка. Это выражается в значениях микротвердости выше 3000 МПа.The cost of energy for machining in the amount of 10 6 - 10 7 kJ / kg of charge and the local power of 10 4 - 10 5 kW / kg of charge are due to the following. When the energy consumption is less than 10 6 kJ / kg of the charge, there is a deterioration in the uniformity of the distribution of the dopant in the aluminum matrix, a decrease in the microhardness of the matrix of the resulting powder, and a decrease in the average particle size. When the energy expenditure is higher than 10 7 kJ / kg of the charge, the powder particles can form large conglomerates, the further mechanical processing of which is difficult. If the applied local power is lower than 10 4 kW / kg of the charge, the alloying process is ineffective or not at all, with local power above 10 5 kW / kg of the charge, the quality of the product deteriorates due to excessive hardening of the powder, as its further processing is difficult. This is expressed in microhardness values above 3000 MPa.
Осуществление механической обработки до получения композиционного порошка с преимущественно сфероидной формой частиц, средний размер которых в 1,5 - 10,0 раз превышает средний размер частиц шихты, способствует улучшению технологичности процессов дозирования и компактирования порошка. При размере частиц порошка, менее чем в 1,5 раза превышающем средний размер шихты, его текучесть недостаточна в силу незавершенности процесса механической обработки и это отрицательно сказывается на получении компактного материала. При размере частиц порошка, более чем в 10 раз превышающем средний размер частиц шихты, нарушается однородность состава отдельной частицы, что приводит к формированию неравномерной структуры и снижает качество получаемого материала. The implementation of mechanical processing to obtain a composite powder with a predominantly spheroidal particle shape, the average size of which is 1.5 to 10.0 times the average particle size of the charge, improves the manufacturability of the processes of dosing and compaction of the powder. When the particle size of the powder is less than 1.5 times the average charge size, its fluidity is insufficient due to the incompleteness of the machining process and this negatively affects the production of compact material. When the particle size of the powder is more than 10 times the average particle size of the charge, the uniformity of the composition of a single particle is violated, which leads to the formation of an uneven structure and reduces the quality of the material obtained.
Использование в шихте менее 1 мас.% магния не оказывает существенного положительного влияния на качество легированного порошка. Использование шихты с содержанием магния более 4 мас.% нерационально, так как все параметры процесса легирования при этой концентрации магния выходят на уровень насыщения. Применение порошка магния с размером частиц менее 40 мкм приводит к возрастанию его пирофорности и стоимости без образования дополнительного положительного эффекта. Применение порошка магния с размером частиц более 100 мкм не позволяет добиться равномерного распределения легирующего магния в алюминиевой матрице. The use of less than 1 wt.% Magnesium in the charge does not have a significant positive effect on the quality of the alloyed powder. The use of a mixture with a magnesium content of more than 4 wt.% Is irrational, since all the parameters of the alloying process at this concentration of magnesium reach the saturation level. The use of magnesium powder with a particle size of less than 40 microns leads to an increase in its pyrophoricity and cost without the formation of an additional positive effect. The use of magnesium powder with a particle size of more than 100 microns does not allow to achieve a uniform distribution of alloying magnesium in the aluminum matrix.
Использование шихты с содержанием бора менее 2 мас.% нерационально, так как при этом существенно снижается эффективность поглощения нейтронного излучения компактным материалом, изготовленным из такого порошка. Кроме того, при пониженной концентрации бора возможно создание борсодержащих сплавов традиционными способами. Шихта с содержанием более 30 мас.% бора позволяет создавать композиционный порошок на основе алюминия, однако такой порошок не обеспечивает прочностных показателей компактного материала. Применение бора с частицами менее 1 мкм не позволяет получить дополнительный технический эффект и экономически нецелесообразно, так как при увеличении дисперсности бора существенно возрастает его стоимость. Приготовление композиционного порошка из частиц бора с размером более 5 мкм требует значительного увеличения времени обработки исходной шихты для достижения требуемых свойств композиционного порошка. The use of a mixture with a boron content of less than 2 wt.% Is irrational, since this significantly reduces the efficiency of absorption of neutron radiation by a compact material made of such a powder. In addition, with a low concentration of boron, it is possible to create boron-containing alloys by conventional methods. A mixture with a content of more than 30 wt.% Boron allows you to create a composite powder based on aluminum, however, such a powder does not provide strength characteristics of a compact material. The use of boron with particles less than 1 μm does not allow to obtain an additional technical effect and is not economically feasible, since with an increase in the dispersion of boron its cost significantly increases. The preparation of a composite powder from boron particles with a size of more than 5 μm requires a significant increase in the processing time of the initial charge to achieve the required properties of the composite powder.
Содержание карбида кремния в шихте менее 5 мас.% не оказывает существенного влияния на износостойкость компактного материала из данного композиционного порошка на основе алюминия, поскольку действие карбида кремния маскируется действием других компонентов шихты, в том числе влиянием постоянно присутствующего оксида алюминия. Шихта, содержащая более 30 мас.% карбида кремния, не обеспечивает достаточно прочных связей внутри частицы композиционного порошка и снижает ее пластичность, что в дальнейшем отрицательно сказывается на качестве изделия из компактного материала. Применение частиц карбида кремния с размером менее 1 мкм не дает дополнительного технического эффекта и экономически нецелесообразно. Использование частиц карбида кремния с размером более 15 мкм не позволяет приготовить при механической обработке шихты однородный композиционный порошок. При этом возникает потребность в значительном увеличении времени обработки и подводимой к шихте энергии. The content of silicon carbide in the charge of less than 5 wt.% Does not significantly affect the wear resistance of the compact material from this composite powder based on aluminum, since the action of silicon carbide is masked by the action of other components of the charge, including the influence of the constantly present alumina. A mixture containing more than 30 wt.% Silicon carbide does not provide sufficiently strong bonds inside the composite powder particle and reduces its ductility, which subsequently affects the quality of the product from a compact material. The use of silicon carbide particles with a size of less than 1 μm does not give an additional technical effect and is not economically feasible. The use of silicon carbide particles with a size of more than 15 microns does not allow to prepare a homogeneous composite powder during mechanical processing of the charge. In this case, there is a need for a significant increase in processing time and energy supplied to the charge.
Введение меди в состав легированного порошка повышает адгезию включений карбида кремния к алюминиевой матрице и, как следствие, увеличивает прочность и износостойкость получаемого компактного материала. Присутствие в шихте менее 1 мас.% меди не оказывает существенного влияния на эти характеристики компактного материала. Содержание в шихте более 4 мас.% меди нецелесообразно, так как дальнейшее увеличение не приводит к улучшению свойств компактного материала. Применение порошка меди с частицами менее 20 мкм технологически неоправданно, так как снижение размера вызывает увеличение стоимости медного порошка, качество же композиционного порошка остается на прежнем уровне. Использование медного порошка с частицами более 100 мкм приводит к увеличению времени механической обработки шихты для обеспечения равномерности распределения меди внутри частицы композиционного порошка. The introduction of copper in the composition of the alloyed powder increases the adhesion of silicon carbide inclusions to the aluminum matrix and, as a result, increases the strength and wear resistance of the resulting compact material. The presence in the charge of less than 1 wt.% Copper does not significantly affect these characteristics of a compact material. The content in the charge of more than 4 wt.% Copper is impractical, since a further increase does not lead to an improvement in the properties of the compact material. The use of copper powder with particles less than 20 microns is technologically unjustified, since a decrease in size causes an increase in the cost of copper powder, while the quality of the composite powder remains at the same level. The use of copper powder with particles greater than 100 microns leads to an increase in the time of mechanical processing of the charge to ensure uniform distribution of copper inside the particles of the composite powder.
Использование порошка алюминия с размером частиц менее 40 мкм нежелательно из-за отрицательного влияния повышенного содержания оксида алюминия на прочностные свойства сплава. Увеличение размера частиц алюминиевого порошка выше 500 мкм приводит к необходимости увеличения времени механической обработки шихты для достижения равномерного распределения компонентов шихты в алюминиевой матрице. The use of aluminum powder with a particle size of less than 40 microns is undesirable due to the negative effect of the increased content of aluminum oxide on the strength properties of the alloy. An increase in the particle size of aluminum powder above 500 μm leads to the need to increase the time of mechanical processing of the mixture in order to achieve a uniform distribution of the components of the mixture in the aluminum matrix.
Пример 1. 100 г шихты, содержащей 66 г порошка алюминия с размером частиц 40 - 500 мкм, 4 г порошка магния с размером частиц 40-100 мкм и 30 г порошка бора с размером частиц 1-5 мкм, при этом средний размер частиц шихты составляет 330 мкм, помещают в шаровую мельницу, имеющую мощность привода 0,3 кВт, и подвергают обработке в атмосфере азота до получения порошка со сфероидной формой частиц и средним размером 500 мкм, что в 1,5 раза превышает средний размер частиц шихты. Для достижения этого результата потребовалась обработка в течение 200 ч, что отвечает расходу энергии 1•106 кДж/кг шихты при КПД мельницы 0,5 и локальной мощности 1•104 кВт/кг шихты. Легированный порошок имеет микротвердость 2800 МПа, его микроструктура характеризуется равномерным распределением бора в алюминиевой матрице. Текучесть порошка равна 65 с. Образцы, изготовленные из полученного порошка при температуре 420 - 450oC, хорошо свариваются аргонно-дуговой сваркой, не имеют повреждений в околошовной зоне. Склонность к появлению горячих трещин при сварке с присадочной проволокой ниже, чем у сплавов типа АМГ-6.Example 1. 100 g of a mixture containing 66 g of aluminum powder with a particle size of 40 - 500 μm, 4 g of magnesium powder with a particle size of 40-100 μm and 30 g of boron powder with a particle size of 1-5 μm, while the average particle size of the mixture is 330 μm, placed in a ball mill having a drive power of 0.3 kW, and subjected to processing in a nitrogen atmosphere to obtain a powder with a spheroidal particle shape and an average size of 500 μm, which is 1.5 times the average particle size of the charge. To achieve this result, processing was required for 200 hours, which corresponds to an energy consumption of 1 • 10 6 kJ / kg of charge at mill efficiency of 0.5 and a local power of 1 • 10 4 kW / kg of charge. The doped powder has a microhardness of 2800 MPa, its microstructure is characterized by a uniform distribution of boron in the aluminum matrix. The fluidity of the powder is 65 s. Samples made from the obtained powder at a temperature of 420 - 450 o C, are well welded by argon-arc welding, have no damage in the heat-affected zone. The tendency to hot cracking during welding with filler wire is lower than that of alloys of the AMG-6 type.
Пример 2. 100 г шихты, содержащей 93 г порошка алюминия с размером частиц 40 - 500 мкм, 1 г порошка магния с размером частиц 40 - 100 мкм, 5 г порошка карбида кремния с размером частиц 1 - 15 мкм и 1 г порошка меди с размером частиц 20 - 100 мкм, при этом средний размер частиц шихты составляет 300 мкм, помещают в планетарную мельницу, имеющую мощность привода 0,5 кВт, и подвергают обработке в атмосфере аргона до получения порошка со сфероидной формой частиц и средним размером 600 мкм, что в 2 раза превышает средний размер частиц шихты. Для достижения этого результата потребовалась обработка в течение 100 ч, что отвечает расходу энергии 1,26•106 кДж/кг шихты при КПД мельницы 0,7 и локальной мощности 2,0•104 кВт/кг шихты. Легированный порошок имеет микротвердость 2300 МПа, его микроструктура характеризуется равномерным распределением карбида кремния в алюминиевой матрице. Текучесть порошка равна 70 с. Образцы, изготовленные из полученного порошка при температуре 420 - 450oC, хорошо свариваются аргонно-дуговой сваркой, не имеют повреждений в околошовной зоне. Склонность к появлению горячих трещин при сварке с присадочной проволокой ниже, чем у сплавов типа АМГ-6.Example 2. 100 g of a mixture containing 93 g of aluminum powder with a particle size of 40 - 500 μm, 1 g of magnesium powder with a particle size of 40 - 100 μm, 5 g of silicon carbide powder with a particle size of 1 - 15 μm and 1 g of copper powder a particle size of 20 to 100 μm, while the average particle size of the charge is 300 μm, placed in a planetary mill having a drive power of 0.5 kW, and subjected to processing in an argon atmosphere to obtain a powder with a spheroidal particle shape and an average size of 600 μm, which 2 times the average particle size of the charge. To achieve this result, processing was required for 100 hours, which corresponds to an energy consumption of 1.26 • 10 6 kJ / kg of charge with a mill efficiency of 0.7 and a local power of 2.0 • 10 4 kW / kg of charge. The doped powder has a microhardness of 2300 MPa, its microstructure is characterized by a uniform distribution of silicon carbide in the aluminum matrix. The fluidity of the powder is 70 s. Samples made from the obtained powder at a temperature of 420 - 450 o C, are well welded by argon-arc welding, have no damage in the heat-affected zone. The tendency to hot cracking during welding with filler wire is lower than that of alloys of the AMG-6 type.
Пример 3. 100 г шихты, содержащей 62 г порошка алюминия с размером частиц 40 - 200 мкм, 4 г порошка магния с размером частиц 40 - 100 мкм, 30 г порошка карбида кремния с размером частиц 1 - 15 мкм и 4 г порошка меди с размером частиц 20 - 100 мкм, при этом средний размер частиц шихты составляет 75 мкм, подвергают обработке в вибромельнице, имеющей мощность привода 1 кВт, в атмосфере азота до получения порошка со сфероидной формой частиц и средним размером 500 мкм, что в 6,7 раза превышает средний размер частиц шихты. Для достижения этого результата потребовалась обработка в течение 300 ч, что отвечает расходу энергии 7,6•106 кДж/кг шихты при КПД мельницы 0,7 и локальной мощности 5•104 кВт/кг шихты. Легированный порошок имеет микротвердость 3000 МПа, его микроструктура характеризуется равномерным распределением карбида кремния в алюминиевой матрице. Текучесть порошка равна 73 с. Образцы, изготовленные из полученного порошка при температуре 420 - 450oC, хорошо свариваются аргонно-дуговой сваркой, не имеют повреждений в околошовной зоне. Склонность к появлению горячих трещин при сварке с присадочной проволокой ниже, чем у сплавов типа АМГ-6.Example 3. 100 g of a mixture containing 62 g of aluminum powder with a particle size of 40 - 200 μm, 4 g of magnesium powder with a particle size of 40 - 100 μm, 30 g of powder of silicon carbide with a particle size of 1 - 15 μm and 4 g of copper powder with a particle size of 20 to 100 μm, while the average particle size of the charge is 75 μm, is subjected to processing in a vibrating mill having a drive power of 1 kW, in a nitrogen atmosphere to obtain a powder with a spheroidal particle shape and an average size of 500 μm, which is 6.7 times exceeds the average particle size of the charge. To achieve this result, processing was required for 300 hours, which corresponds to an energy consumption of 7.6 • 10 6 kJ / kg of charge with a mill efficiency of 0.7 and a local power of 5 • 10 4 kW / kg of charge. The doped powder has a microhardness of 3000 MPa, its microstructure is characterized by a uniform distribution of silicon carbide in the aluminum matrix. The fluidity of the powder is 73 s. Samples made from the obtained powder at a temperature of 420 - 450 o C, are well welded by argon-arc welding, have no damage in the heat-affected zone. The tendency to hot cracking during welding with filler wire is lower than that of alloys of the AMG-6 type.
Пример 4. 100 г шихты, содержащей 97 г порошка алюминия с размером частиц 40 - 100 мкм, 1 г порошка магния с размером частиц 40 - 100 мкм и 2 г порошка бора с размером частиц 1 - 5 мкм, при этом средний размер частиц шихты составляет 60 мкм, подвергают обработке в аттриторе, имеющем мощность привода 1,5 кВт, в атмосфере аргона до получения порошка со сфероидной формой частиц и средним размером 600 мкм, что в 10 раз превышает средний размер частиц шихты. Для достижения этого результата потребовалась обработка в течение 240 ч, что отвечает расходу энергии 1•107 кДж/кг шихты при КПД действия мельницы 0,6 и локальной мощности 1•105 кВт/кг шихты. Легированный порошок имеет микротвердость 2300 МПа, его микроструктура характеризуется равномерным распределением бора в алюминиевой матрице. Текучесть порошка равна 80 с. Образцы, изготовленные из полученного порошка при температуре 420 - 450oC, хорошо свариваются аргонно-дуговой сваркой, не имеют повреждений в околошовной зоне. Склонность к появлению горячих трещин при сварке с присадочной проволокой ниже, чем у сплавов типа АМГ-6.Example 4. 100 g of a mixture containing 97 g of aluminum powder with a particle size of 40 - 100 μm, 1 g of magnesium powder with a particle size of 40 - 100 μm and 2 g of boron powder with a particle size of 1 - 5 μm, while the average particle size of the mixture is 60 μm, it is processed in an attritor with a drive power of 1.5 kW in an argon atmosphere to obtain a powder with a spheroidal particle shape and an average size of 600 μm, which is 10 times the average particle size of the charge. To achieve this result, processing was required for 240 hours, which corresponds to an energy consumption of 1 • 10 7 kJ / kg of charge with a mill efficiency of 0.6 and a local power of 1 • 10 5 kW / kg of charge. The doped powder has a microhardness of 2300 MPa, its microstructure is characterized by a uniform distribution of boron in the aluminum matrix. The fluidity of the powder is 80 s. Samples made from the obtained powder at a temperature of 420 - 450 o C, are well welded by argon-arc welding, have no damage in the heat-affected zone. The tendency to hot cracking during welding with filler wire is lower than that of alloys of the AMG-6 type.
Как видно из приведенных примеров предлагаемый способ позволяет получать легированные порошки на основе алюминия с содержанием бора или карбида кремния до 30 мас.%. При этом легированные порошки имеют микротвердость матрицы в пределах 2300 - 3000 МПа, преимущественно сфероидную форму частиц со средним размером 500 - 600 мкм, и равномерное распределение легирующих компонентов в алюминиевой матрице. Эти свойства обеспечивают высокую (65 - 80 с) текучесть порошков, их компактируемость в интервале температур 420 - 450oC и хорошую свариваемость композиционных материалов на их основе.As can be seen from the above examples, the proposed method allows to obtain alloyed powders based on aluminum with a boron or silicon carbide content of up to 30 wt.%. In this case, the doped powders have a microhardness of the matrix in the range of 2300 - 3000 MPa, mainly a spheroidal particle shape with an average size of 500 - 600 μm, and a uniform distribution of the alloying components in the aluminum matrix. These properties provide high (65 - 80 s) fluidity of the powders, their compactness in the temperature range 420 - 450 o C and good weldability of composite materials based on them.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97113004A RU2113941C1 (en) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | Method for production of alloyed powder based on aluminum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97113004A RU2113941C1 (en) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | Method for production of alloyed powder based on aluminum |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2113941C1 true RU2113941C1 (en) | 1998-06-27 |
| RU97113004A RU97113004A (en) | 1998-11-10 |
Family
ID=20195799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97113004A RU2113941C1 (en) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | Method for production of alloyed powder based on aluminum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2113941C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2682740C1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-03-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева" (НГТУ) | Composite material composition based on aluminum alloy |
-
1997
- 1997-07-29 RU RU97113004A patent/RU2113941C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2682740C1 (en) * | 2017-12-22 | 2019-03-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева" (НГТУ) | Composite material composition based on aluminum alloy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4946500A (en) | Aluminum based metal matrix composites | |
| JP3570727B2 (en) | Metal matrix composition applied to neutron shielding | |
| US20170120386A1 (en) | Aluminum alloy products, and methods of making the same | |
| EP3616810A1 (en) | High-strength aluminum alloy laminated molding and production method therefor | |
| US5273569A (en) | Magnesium based metal matrix composites produced from rapidly solidified alloys | |
| JP4461080B2 (en) | Aluminum powder alloy composite material for neutron absorption, method for manufacturing the same, and basket manufactured therewith | |
| CN111961904A (en) | Preparation method of nano ceramic phase reinforced metal matrix composite material | |
| JP4541969B2 (en) | Aluminum powder alloy composite material for neutron absorption, method for manufacturing the same, and basket manufactured therewith | |
| EP0433397A1 (en) | Heat treatment for aluminum-lithium based metal matrix composites | |
| US4297136A (en) | High strength aluminum alloy and process | |
| JPWO2014171548A1 (en) | Flame retardant magnesium alloy and method for producing the same | |
| JP2007533851A (en) | Improved neutron absorption efficiency of boron-containing aluminum materials | |
| EP2325342A2 (en) | Hot compaction and extrusion of L12 aluminum alloys | |
| JPH01116002A (en) | Production of composite metal powder from base iron powder and alloying component and composite metal powder | |
| US4518441A (en) | Method of producing metal alloys with high modulus of elasticity | |
| US3874938A (en) | Hot working of dispersion-strengthened heat resistant alloys and the product thereof | |
| Kondoh et al. | Magnesium matrix composite with solid-state synthesized Mg2Si dispersoids | |
| RU2113941C1 (en) | Method for production of alloyed powder based on aluminum | |
| JP4537501B2 (en) | Cemented carbide and method for producing the same | |
| CN106552944A (en) | Many corner extrusion curings of titanium chip circular treatment | |
| CN106735253A (en) | The chip of discarded titanium circulates the ball milling for solidifying pier extrusion method repeatedly | |
| JP2003055747A (en) | Sintered tool steel and production method therefor | |
| CN116640953B (en) | Reutilization method of particle reinforced aluminum-based composite material waste | |
| CN106493184A (en) | A kind of parallel channels corner undergauge coextrusion method of titanium chip circulation solidification | |
| CN106513690A (en) | Ball milling-isometric angle extrusion-annealing method for pure titanium waste chip circular curing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120730 |