RU2200647C1

RU2200647C1 - Method for making porous semifinished products of aluminium alloy powders

Info

Publication number: RU2200647C1
Application number: RU2001119590/02A
Authority: RU
Inventors: А.И. Литвинцев; С.А. Литвинцев; Б.А. Литвинцев
Original assignee: Литвинцев Александр Иванович; Литвинцев Сергей Александрович; Литвинцев Борис Александрович
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-03-20
Also published as: CA2454169A1; US20040258553A1; CA2454169C; WO2003008133A1

Abstract

FIELD: powder metallurgy, possibly manufacture of porous materials having good heat and sound insulation properties, energy absorption property and light weight, inflammability and ecological safety. SUBSTANCE: method comprises steps of mixing powders of aluminium alloys with blowing agents having decomposition temperature more than melting temperature of aluminium alloy powder; pouring prepared mixture to vessel; heating vessel with powder mixture; then performing hot compaction, cooling and further high temperature treatment; secondary cooling; mixing aluminum alloy powder with blowing agents at adding powders of aluminium oxide and hydroxide in quantity 1 - 10 %; or mixing blowing agent and aluminium oxides and broken particles (with fraction size 0.5 -0.45 mm) of secondary selected aluminium alloy in attrition device for preparing mechanically alloyed powder alloy; heating mixture in inert atmosphere (argon, nitrogen, dew point 40 C); pouring powdered mixture into vertically arranged vessel providing simultaneous vibration compaction and keeping temperature of powder mixture; feeding it to rectangular roll grooved pass of powder rolling mill in which depending upon change of stress deformation state continuous hot compaction or pressing is performed in closed grooved pass of horizontally arranged rolls at temperature 430-500 C at salifying mathematical relation: H = h×γ×d, where H is roll gap, mm; γ- is coefficient of compaction of powder or metallic particles; α- is experimental coefficient, when it is in range α>1,0-mixture is undercompacted (density 0.86-0.95%), when it is in range 1,0≥α≥2,0, state of hot compacted hard-to-form powders and particles corresponds to density 0.97-0.99%; when it is in range 1,5≥α≥4,5, state corresponds to hot pressed continuous strip with width 150-2000 mm; cutting strip by blanks; placing them in temperature controlled multiple-use holders whose lateral surfaces are made of heat insulation material with blackness degree significantly different from that of melt aluminium; heating holder with blank until liquid temperature of powdered alloy (until melting alloy); according to visually observed stripe of liquid aluminium over edge of holder determining height of frothing and interrupting free frothing at predetermined level. EFFECT: enhanced efficiency, loss free production process, lowered cost price of semifinished products. 13 cl, 1 dwg, 4 ex

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении пористых материалов, обладающих целым рядом уникальных свойств, таких как хорошая тепловая и звукоизоляция, энергопоглощение в сочетании с легкостью, негорючестью и с безусловной экологической чистотой. Из материала с таким набором физико-механических свойств можно изготавливать изделия в строительной технике, дорожном строительстве, в автомобилестроении, авиации и в других отраслях промышленности, где могут использоваться сочетания этих свойств. The invention relates to the field of powder metallurgy and can be used in the manufacture of porous materials having a number of unique properties, such as good thermal and sound insulation, energy absorption combined with lightness, incombustibility and unconditional environmental cleanliness. From a material with such a set of physical and mechanical properties, it is possible to manufacture products in construction equipment, road construction, in the automotive industry, aviation, and in other industries where combinations of these properties can be used.

Способ состоит в том, что смешивают порошки алюминиевых сплавов различных систем: Al-Si-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, Al-Mg-Si, Al-Mg-Cu-Si (литейные сплавы), Al-Cu-Mg-Mn, Al-Mg-Cu, Al-Zn-Cu-Mg, Al-Zn-Mg-Cu (деформированные сплавы), содержащих от 0.5 до 1.5% (вес.) поверхностной окиси алюминия, образовавшейся при распылении, с добавлением смеси окиси 3 и гидроокиси алюминия от 1,0 до 10% (вес.) и активного порофора ТiH₂ от 0,5 до 1,2% (вес.) с температурой разложения, превышающей температуру расплавления матрицы порошка алюминиевого сплава, а также смешивают дробленые отходы определенных деформируемых алюминиевых сплавов, отвечающих требованиям АМц, АД31, АД33, АМг3, АМг5, Д16 и др., литейных сплавов с фракционным составом 0,5-4,5 мм методом механического легирования со смесью окисей алюминия и пороформ. Введение окиси алюминия вместе с гидрокисью от 1,0 до 10% как в порошок, так и при смешивании дробленых отходов обеспечивает существенное увеличение вязкости расплава. Полученную смесь порошков и механически легированную смесь, полученную в атриттере, подают ровным слоем на конвейер нагревательной печи. Нагрев смеси порошков проводят в среде азота (точка росы - 40^oС) в интервале температур от 450 до 600^oС при избыточном давлении от 10 до 100 мм вод.ст. Каждую нагретую порошковую смесь пересыпали в приемный бункер вертикального прямоугольного желоба, по которому предварительно нагретая смесь под действием вибрации равномерно уплотняется и перемещается сверху вниз. Чтобы порошковая смесь не остывала при перемещении по вертикальному прямоугольному желобу, он проходит сквозь нагревательную печь, обеспечивающую поддержание требуемой температуры в интервале от 450 до 600^oС в зависимости от состава порошкового сплава и других технологических параметров. Скорости движения смеси порошков по конвейеру печи предвартельного нагрева и вертикальному желобу одинаковые. Из выходного раструба желоба нагретая смесь поступает в прокатный стан с горизонтально расположенными валками, каждый из которых имеет внутренний проточенный ручей? равный половине горячекомпактированной заготовки из смеси порошков. Выбранная скорость прокатки или втягивания горячих порошков в зону горячего компактирования между валками должны соответствовать скорости движения порошков по вертикальному виброжелобу и скорости движения порошка на конвейере при его предварительном нагреве в печи с азотной атмосферой. Боковые выступы проточенных ручьев каждого из валков касаются друг друга, образуя замкнутое прямоугольное пространство, формирующее конечные размеры компактированной листовой заготовки из порошковой смеси. Боковые выступы на валках ограничивают поперечное перемещение частиц порошков при их попадании в силовое поле вертикально действующих сил замкнутого объема. Создание жесткого замкнутого пространства в зоне действия сил, очага деформации, приводит к изменению схемы напряженно-деформационного состояния. А именно, схема напряженно-деформационного состояния при прокатке в гладких валках обеспечивает деформации в трех направлениях: наиболее интенсивная деформация - по направлению прокатки, а незначительная - в перпендикулярном направлении, вызывающая уширение листов при прокатке. В случае использования корытообразных валков, образующих замкнутый ручей, при определенных условиях подачи порошков предлагаемого изобретения создаются условия образования напряженно-деформационного состояния, соответствующего прессованию, с однонаправленным вектором деформации, как при горячем прессовании на гидравлическом прессе, т. е. пластическая деформация развивается по направлению главного вектора деформации. При определенных условиях предлагаемого изобретения в валках прокатного стана можно осуществить горячее компактирование порошковой смеси до относительной плотности 0,97-0,99% и получить горячекомпактированную непрерывную полосу или лист шириной от 150 до 1500 мм и толщиной от 3 до 15 мм.The method consists in mixing powders of aluminum alloys of various systems: Al-Si-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, Al-Mg-Si, Al-Mg-Cu-Si (cast alloys), Al-Cu Mg-Mn, Al-Mg-Cu, Al-Zn-Cu-Mg, Al-Zn-Mg-Cu (deformed alloys) containing from 0.5 to 1.5% (wt.) Surface aluminum oxide formed by spraying, with adding a mixture of oxide 3 and aluminum hydroxide from 1.0 to 10% (wt.) and active porophore TiH ₂ from 0.5 to 1.2% (wt.) with a decomposition temperature exceeding the melting temperature of the matrix of the powder of aluminum alloy, and mix crushed wastes of certain deformable alum initial alloys meeting the requirements of AMts, AD31, AD33, AMg3, AMg5, D16, etc., cast alloys with a fractional composition of 0.5-4.5 mm by mechanical alloying with a mixture of aluminum oxides and poroforms. The introduction of aluminum oxide together with hydroxide from 1.0 to 10% both in the powder and in the mixing of crushed waste provides a significant increase in the viscosity of the melt. The resulting mixture of powders and the mechanically alloyed mixture obtained in the atritter are fed evenly to the conveyor of the heating furnace. The mixture of powders is heated in a nitrogen atmosphere (dew point - 40 ^o C) in the temperature range from 450 to 600 ^o C at an overpressure of 10 to 100 mm water column Each heated powder mixture was poured into a receiving hopper of a vertical rectangular trough, through which the pre-heated mixture is uniformly compacted and moved from top to bottom under the influence of vibration. So that the powder mixture does not cool when moving along a vertical rectangular trough, it passes through a heating furnace, ensuring the maintenance of the required temperature in the range from 450 to 600 ^o C depending on the composition of the powder alloy and other technological parameters. The speeds of movement of the powder mixture along the conveyor of the pre-heating furnace and the vertical trough are the same. From the outlet socket of the trough, does the heated mixture enter the rolling mill with horizontally located rolls, each of which has an internal grooved stream? equal to half the hot compacted workpiece from a mixture of powders. The selected speed of rolling or drawing hot powders into the hot compacting zone between the rollers should correspond to the speed of the powders along the vertical vibratory chute and the speed of the powder on the conveyor when it is preheated in a furnace with a nitrogen atmosphere. The lateral protrusions of the machined streams of each of the rolls touch each other, forming a closed rectangular space that forms the final dimensions of the compacted sheet blank from the powder mixture. The lateral protrusions on the rolls limit the lateral movement of the powder particles when they enter the force field of vertically acting forces of a closed volume. The creation of a rigid enclosed space in the zone of action of forces, a deformation zone, leads to a change in the stress-strain state scheme. Namely, the stress-strain state diagram during rolling in smooth rolls provides deformations in three directions: the most intense deformation is in the rolling direction, and insignificant in the perpendicular direction, causing sheet broadening during rolling. In the case of using trough-like rolls forming a closed stream, under certain conditions of feeding the powders of the present invention, the conditions for the formation of a stress-strain state corresponding to pressing are created with a unidirectional strain vector, as in hot pressing on a hydraulic press, i.e., plastic deformation develops in the direction main strain vector. Under certain conditions of the invention, in the rolls of a rolling mill, it is possible to carry out hot compaction of the powder mixture to a relative density of 0.97-0.99% and obtain a hot-compacted continuous strip or sheet with a width of 150 to 1500 mm and a thickness of 3 to 15 mm.

Условия формирования непрерывной горячекомпактированной или горячепресованной плоской листовой заготовки в специальных прокатных валках, образующих замкнутое пространство порошкового прокатного стана описываются следующей математической зависимостью
H = h • γ • α,
где Н - раствор между валками по дуге захвата, мм;
h - толщина компактированного листа, мм;
γ - коэффициент компактирования;
α - экспериментальный коэффициент, где 1,5 ≥ α > 4,5.The conditions for the formation of a continuous hot-compacted or hot-pressed flat sheet billet in special rolling rolls forming an enclosed space of a powder rolling mill are described by the following mathematical dependence
H = h • γ • α,
where H is the solution between the rolls along the capture arc, mm;
h is the thickness of the compacted sheet, mm;
γ is the coefficient of compaction;
α is the experimental coefficient, where 1.5 ≥ α> 4.5.

В результате действия сил, близких к объемно-напряженному состоянию, в очаге деформаций и при температуре 450-500^oС развиваются активные взаимодействия частиц порошковых смесей или частиц. Сближающиеся под действием сил частицы порошков испытывают как частичное разрушение окисной пленки с образованием чистых ювенильных поверхностей, так и непосредственное сближение частиц порошков, границей раздела которых является окисная пленка. В результате температуры и действия сил в очаге деформации между частицами порошка за счет активной диффузии образуются новые прочные металлические связи как по местам контактов с чистой ювенильной поверхностью, так и по местам контактов через металлизированную окисную пленку. Образовавшиеся прочные металлические связи выдерживают значительные растягивающие напряжения при смене напряженно-деформационного от горячего компактирования к горячему прессованию в прокатном стане при получении непрерывного листа заданной толщины. Полученный горячекомпактированный лист режут на заготовки, укладывают в формы, боковые стенки которых изготавливают из теплоизоляционного материала, имеющего резко отличающуюся степень черноты по сравнению с алюминием. Днища форм изготовливают из листа жароупорной стали или сетки с мелкой ячейкой. Форма, с одной стороны, является транспорным средством, в которой заготовку подают на термообработку, а с другой, создает термостатирующее пространство для нагревемой заготовки при термообработке. Высокотемпературную термообработку проводят путем нагрева заготовки выше температуры фазового перехода в жидкое состояние. Процесс окончания вспенивания определяют по визуальному наблюдению при появлении контрастной кромки алюминия над стенкой формы. Форму извлекают из печи, охлаждают поверхность и останавливают вспенивание на нужной высоте.As a result of the action of forces close to the volume-stress state, active interactions of particles of powder mixtures or particles develop in the deformation zone and at a temperature of 450-500 ^o С. Powder particles approaching under the influence of forces experience both partial destruction of the oxide film with the formation of clean juvenile surfaces and direct approach of powder particles, the interface of which is the oxide film. As a result of temperature and the action of forces in the deformation zone between the powder particles due to active diffusion, new strong metal bonds are formed both at the points of contact with a clean juvenile surface and at the points of contact through a metallized oxide film. The resulting strong metal bonds withstand significant tensile stresses when changing stress-strain from hot compacting to hot pressing in a rolling mill upon receipt of a continuous sheet of a given thickness. The obtained hot-compacted sheet is cut into blanks, laid in molds, the side walls of which are made of heat-insulating material, which has a sharply different degree of blackness compared to aluminum. The bottoms of the molds are made from a sheet of heat-resistant steel or a mesh with a small mesh. The form, on the one hand, is a conveyor means in which the preform is fed to heat treatment, and on the other hand, it creates a thermostatic space for the heated preform during heat treatment. High-temperature heat treatment is carried out by heating the workpiece above the temperature of the phase transition to the liquid state. The process of ending foaming is determined by visual observation when a contrasting edge of aluminum appears above the mold wall. The mold is removed from the oven, the surface is cooled and foaming is stopped at the desired height.

Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, состоит в высокой производительности труда, создании безотходного производства, низкой себестоимости получаемых массовых пористых листовых полуфабрикатов за счет возможности использования отходов или вторичных алюминиевых сплавов как при производстве распыленных порошков, так и при производстве дробленых частиц из определенных алюминиевых сплавов с дальнейшей переработкой в атриттере до получения нужной по химическому составу смеси. The technical result achieved by the implementation of the invention consists in high labor productivity, creation of non-waste production, low cost of the resulting mass porous sheet semi-finished products due to the possibility of using waste or secondary aluminum alloys both in the production of atomized powders and in the production of crushed particles from certain aluminum alloys with further processing in the atritter to obtain the desired chemical composition of the mixture.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении пористых полуфабрикатов для строительной техники, дорожного строительства, автомобилестроении, авиации и др. отраслях промышленности, где требуется сочетание таких уникальных свойств этого материала, как изотропность свойств, энергопоглощение, звуковая и тепловая изоляция, как легкость, негорючесть, плавучесть и безусловная экологическая чистота. The invention relates to the field of powder metallurgy and can be used in the manufacture of porous semi-finished products for construction equipment, road construction, automotive, aviation and other industries where a combination of such unique properties of this material as isotropy of properties, energy absorption, sound and thermal insulation is required, like lightness, incombustibility, buoyancy and unconditional environmental cleanliness.

Известен способ получения пористых полуфабрикатов из порошков сплавов на основе алюминия и меди, включающий в себя смешивание порошка сплава с порофором, засыпку полученной смеси в емкость (контейнер пресса), нагрев контейнера со смесью с одновременным приложением давления, при котором не происходит разложения порофора, охлаждение с одновременным снятием давления, разборку контейнера с последующим выталкиванием из него плотной заготовки, которую сразу после этого подвергают термообработке для получения пористого тела или предварительно подвергают горячей деформации путем прессования и последующей прокатки на листы с разрезкой на мерные заготовки и осуществлением термообработки (патент ФРГ N 4101630, В 22 F 3/18, В 22 F 3/24, 1991). A known method of producing porous semi-finished products from powders of alloys based on aluminum and copper, comprising mixing the alloy powder with a porophore, filling the mixture into a container (press container), heating the container with the mixture while applying pressure at which no porophore decomposition occurs, cooling with simultaneous depressurization, disassembling the container and then pushing out a dense workpiece from it, which is immediately subjected to heat treatment to obtain a porous body or pre It is subjected to hot deformation by pressing and subsequent rolling into sheets with cutting into measured billets and heat treatment (German patent N 4101630, B 22 F 3/18, B 22 F 3/24, 1991).

Недостатком этого способа является незначительная номенклатура получаемых полуфабрикатов как по размерам, так и по форме в связи с тем, что вес заготовки составляет 2-5 кг. Кроме того, у этого способа чрезвычайно низкая производительность из-за длительности нагрева массивной емкости, точнее контейнера пресса со смесью порошков. Если вести нагрев смеси порошков в пространстве емкости даже с диаметром 100 мм и высотой 400 мм, то операция нагрева уже будет экономически невыгодной. The disadvantage of this method is the insignificant nomenclature of the obtained semi-finished products both in size and in shape due to the fact that the weight of the workpiece is 2-5 kg. In addition, this method has extremely low productivity due to the duration of heating of the bulk container, more precisely the press container with a mixture of powders. If the mixture of powders is heated in the space of the container even with a diameter of 100 mm and a height of 400 mm, then the heating operation will already be economically disadvantageous.

Известен также способ получения пористых полуфабрикатов, включающий в себя несколько вариантов получения компактированных заготовок с последующей прокаткой на литы. Но во всех вариантах рассматриваемого способа главной и общей операцией является операция смешивания металлического порошка, по крайней мере с одним порошком, порофором. There is also a known method of producing porous semi-finished products, which includes several options for producing compacted blanks, followed by rolling on litas. But in all variants of the method under consideration, the main and general operation is the operation of mixing a metal powder with at least one powder, a porophore.

Первый вариант, включающий размещение (укладку) на дно горячей емкости (контейнера пресса) металлического слоя, не содержащего порофора, с последующей засыпкой на него смеси порошков, содержащей порофор, далее сверху засыпанной смеси укладывают второй металлический слой. После нагрева контейнера, в котором между уложенными пластинами находится засыпанная смесь порошков, осуществляют горячее компактирование. На этой операции метод заканчивается. Полученная горячекомпактированная форма тела путем последующей горячей прокатки может быть изменена в другое тело, а затем вспенено до образования нового тела, в котором между двумя металлическими слоями появляется высокопористый слой металлической пены. The first option, including placing (laying) on the bottom of a hot container (press container) a metal layer that does not contain porophore, followed by backfilling a mixture of powders containing porophore on it, then a second metal layer is laid on top of the mixture that has been buried. After heating the container, in which a mixture of powders is poured between the stacked plates, hot compaction is carried out. The method ends in this operation. The resulting hot-compacted body shape by subsequent hot rolling can be changed into another body, and then foamed to form a new body in which a highly porous layer of metal foam appears between two metal layers.

Второй метод, заключающийся в том, что в пустой контейнер пресса (экструдирующую оснастку) укладывают массивный диск из твердого металла, а затем пустое пространство контейнера наполняют смесью металлического порошка, содержащего порофор, и порошковую смесь вместе с контейнером пресса подвергают нагреву с последующим приложением давления около 60 МПа. Под действием приложенного давления центральная часть твердой металлической пластины, которая блокировала отверстие матрицы пресса, начинает течь через это отверстие, обеспечивая процесс экструзии. В течение последующих стадий прессования уплотненная порошковая смесь пластически деформируется и так же течет через отверстие матрицы. Причем твердый металл покрывает выпресованную порошковую смесь, способную к вспениванию под металлическим слоем. Горячепрессованную плакированную заготовку далее прокатывают на лист. Горячекатанный лист режут на заготовки и подвергают термической обработке. После вспенивания этого комбинированного тела, металлический слой окружает сердцевину, представляющую собой высокопористую пену. The second method, which consists in placing a massive disk of solid metal in an empty press container (extruding equipment), and then filling the empty space of the container with a mixture of metal powder containing porophore, and the powder mixture together with the press container are heated, followed by applying pressure at 60 MPa. Under the influence of the applied pressure, the central part of the solid metal plate, which blocked the opening of the press matrix, begins to flow through this hole, providing an extrusion process. During the subsequent pressing stages, the compacted powder mixture is plastically deformed and also flows through the die opening. Moreover, the solid metal covers the extruded powder mixture, capable of foaming under a metal layer. The hot-pressed clad blank is then rolled onto a sheet. Hot rolled sheet is cut into blanks and subjected to heat treatment. After foaming this combined body, a metal layer surrounds the core, which is a highly porous foam.

Полученные комбинированные горячекомпактированные и горячепрессованные заготовки по обоим методам в дальнейшем обязательно подвергают горячей прокатке на лист или плиту. Под влиянием температуры термообработки порошковая сердцевина превращается в пористое металлическое тело (US Patent 5151246. September 1992 г. В 22 F 3/18, В 22 F 3/24). The resulting combined hot-compacted and hot-pressed blanks by both methods in the future must be subjected to hot rolling on a sheet or plate. Under the influence of the heat treatment temperature, the powder core turns into a porous metal body (US Patent 5151246. September 1992. 22 F 3/18, 22 F 3/24).

Известен способ получения пористых полуфабрикатов и использованием разборных капсул многоразового использования, в которые засыпают смесь алюминиевого порошка медным порошком от 1 до 10% с порофором, спекают в токе инертного газа в разборной емкости и в горячем состоянии переталкивают горячую порошковую смесь в контейнер пресса с последующим прессованием технологической заготовки. Полученную прессованную заготовку с плакирующим слоем или без него режут на мерные заготовки и прокатывают на листы промышленного размера, и производят термообработку с целью получения пеноалюминия (Патент RU 2121904, В 22 F 3/11, от 20 ноября 1998). A known method of producing porous semi-finished products using refillable collapsible capsules, in which a mixture of aluminum powder is poured with copper powder from 1 to 10% with porophore, is sintered in an inert gas stream in a collapsible container and poured hot powder mixture into a press container in a hot state, followed by pressing technological blank. The obtained pressed billet with or without a cladding layer is cut into measured billets and rolled onto sheets of industrial size, and heat treatment is performed in order to obtain foam aluminum (Patent RU 2121904, B 22 F 3/11, November 20, 1998).

Несмотря на определенные преимущества по сравнению с предыдущим методом, рассматриваемый метод также имеет ряд свойственных ему недостатков. Недостаточная производительность и недостаточный выход годного, что в итоге приводит повышенной себестоимости полуфабрикатов. Despite certain advantages compared with the previous method, the method under consideration also has a number of inherent disadvantages. Insufficient productivity and insufficient yield, which ultimately leads to increased cost of semi-finished products.

Указанный способ и предыдущий являются наиболее близкими аналогоми по совокупности существенных признаков (прототипом). The specified method and the previous one are the closest analogies in the aggregate of essential features (prototype).

Недостатком и этого способа, как и всех предыдущих, является ограниченная возможность получения полуфабрикатов, особенно листов промышленных размеров, низкий выход годного, низкая производительность, высокая себестоимость. Низкий выход годного определяется тем, что образуется много технологических отходов как при прессовании (пресс-остаток, выходной и утяжной концы), так и при прокатке в виде боковой обрези и концов листов. The disadvantage of this method, as well as all the previous ones, is the limited ability to obtain semi-finished products, especially sheets of industrial sizes, low yield, low productivity, high cost. The low yield is determined by the fact that a lot of technological waste is generated both during pressing (press residue, output and tensile ends), and during rolling in the form of side trim and sheet ends.

Целью настоящего изобретения является получение непрерывного горячекомпактированного или горячепрессованного листа промышленных размеров путем непосредственного горячего компактирования или горячего прессования смеси порошков различного химического состава с порофором или механически легированных в атриттере крупных частиц 0.5-4.5 мм с порофором, а также дробленых частиц определенных алюминиевых сплавов в прокатном стане. The aim of the present invention is to obtain a continuous hot-compacted or hot-pressed sheet of industrial size by direct hot compaction or hot pressing of a mixture of powders of various chemical composition with porophore or mechanically alloyed in the attritor of large particles of 0.5-4.5 mm with porophore, as well as crushed particles of certain aluminum alloys in a rolling mill .

Задачей изобретения является существенное повышение производительности труда, повышение выходов годного до 95-97%, снижение себестоимости за счет возможного использования отходов алюминиевых сплавов, расширение ассортимента листов и плит с увеличением площади изготовления изделий до 2.5-3.0 метров квадратных. The objective of the invention is to significantly increase labor productivity, increase yield to 95-97%, reduce costs due to the possible use of waste aluminum alloys, expand the range of sheets and plates with an increase in the area of manufacture of products to 2.5-3.0 square meters.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ производства пористых полуфабрикатов и порошков алюминиевых сплавов, включающий смешение порошкового алюминиевого сплава с порофором с температурой разложения, превышающей температуру расплавления порошка алюминиевого сплава, с добавкой порошка меди от 1 до 10%, засыпку смеси в емкость, нагрев емкости со смесью порошков, переталкивание горячей смеси в контейнер пресса, горячее прессование до получения плотной заготовки, охлаждение, горячую деформацию, например, путем прокатки, разрезание прокатанного листа на мерные заготовки, помещение их в формы со стенками из теплозащитного материала и последующую высокотемпературную термообработку для осуществления процесса порообразования при температуре ликвидуса порошкового сплава. При этом в качестве порошковых алюминиевых сплавов используют сплавы систем Al-Cu-Mg, Al-Zn-Cu-Mg, Al-Zn-Mg, Al-Mg, Al-Si-Cu-Mg, в качестве инертного газа при нагреве смеси порошков используют азот или аргон. Для получения плакированной заготовки нагрев смеси порошков проводят в емкости с установленным на дно алюминиевым диском (RU 2121904, В 22 F 3/11, 20.11.98). The closest analogue of the invention is a method for the production of porous semi-finished products and powders of aluminum alloys, comprising mixing a powder of aluminum alloy with a porophore with a decomposition temperature exceeding the melting temperature of the powder of aluminum alloy with the addition of copper powder from 1 to 10%, filling the mixture into a container, heating the container with powder mixture, transferring the hot mixture to the press container, hot pressing to obtain a dense workpiece, cooling, hot deformation, for example, by rolling, Cutting of the rolled sheet onto measured billets, placing them in molds with walls of heat-shielding material and subsequent high-temperature heat treatment for the pore formation process at the liquidus temperature of the powder alloy. In this case, alloys of the systems Al-Cu-Mg, Al-Zn-Cu-Mg, Al-Zn-Mg, Al-Mg, Al-Si-Cu-Mg are used as powder aluminum alloys, as an inert gas when heating the mixture of powders use nitrogen or argon. To obtain a clad billet, the mixture of powders is heated in a container with an aluminum disk mounted to the bottom (RU 2121904, B 22 F 3/11, 11/20/98).

Общими признаками известного способа и изобретения являются: смешивание порошка алюминиевого сплава с порофорами с температурой разложения, превышающей температуру расплавления порошка алюминиевого сплава, засыпку полученной смеси в емкость, нагрев емкости со смесью в атмосфере инертного газа, горячее компактирование, пресование, разрезание на мерные части, горячая прокатка на лист, разрезание листа на заготовки, помещение их в форму со стенками из теплоизоляционного материала, последующую высокотемпературную термообработку для осуществления процесса порообразования при температуре ликвидуса порошкового сплава и охлаждение. Common features of the known method and invention are: mixing the aluminum alloy powder with porophores with a decomposition temperature exceeding the melting temperature of the aluminum alloy powder, filling the resulting mixture into a container, heating the container with the mixture in an inert gas atmosphere, hot compaction, compression, cutting into measured parts, hot rolling on a sheet, cutting a sheet into blanks, placing them in a mold with walls of heat-insulating material, subsequent high-temperature heat treatment for wasps pore formation at liquidus temperature of the powder alloy and cooling.

Изобретение отличается от известного тем, что при смешивании порошка алюминиевого сплава с порофорами в смесь вводят порошки окиси и гидроокиси алюминия от 1.0 до 10% или смешивание вводимых пророфоров и окисей алюминия ведут с более крупными частицами алюминиевых сплавов 0.5-4.5 мм в атриттере до получения механически легированного порошкового сплава, после нагрева различные смеси порошков засыпают в вертикально расположенную емкость, обеспечивающую одновременно виброуплотнение и поддержание температуры смеси порошков, а горячее уплотнение (компактирование или прессование) осуществляют при подаче смеси порошков в прямоугольный ручей прокатного стана горизонтально расположенных валков при температуре 430-500^oС при соблюдении следующего условия:
H = h • γ • α,
где Н - раствор между валками по дуге захвата, мм;
h - толщина получаемого листа, мм;
γ - коэффициент уплотнения порошка;
α - экспериментальный коэффициент, 1,5 ≥ α > 4,5.The invention differs from the known one in that when mixing aluminum alloy powder with porophores, alumina and aluminum hydroxide powders from 1.0 to 10% are introduced into the mixture, or mixing of introduced proporophores and aluminum oxides is carried out with larger particles of aluminum alloys 0.5-4.5 mm in an attritor until mechanically obtained alloy powder alloy, after heating, various powder mixtures are poured into a vertically located container, which simultaneously provides vibration compaction and maintaining the temperature of the powder mixture, while the hot seal (compacting or pressing) is carried out when a mixture of powders is fed into a rectangular stream of a rolling mill of horizontally located rolls at a temperature of 430-500 ^o С, subject to the following conditions:
H = h • γ • α,
where H is the solution between the rolls along the capture arc, mm;
h is the thickness of the resulting sheet, mm;
γ is the powder compaction coefficient;
α is the experimental coefficient, 1.5 ≥ α> 4.5.

Способ получения пористых полуфабрикатов из порошков алюминиевых сплавов состоит в том, что смешивают порошки алюминиевых сплавов различных систем: Al-Si-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, Al-Mg-Si, Al-Mg-Cu-Si (литейные сплавы), Al-Cu-Mg-Mn, Al-Mg-Cu, Al-Zn-Cu-Mg, Al-Zn-Mg-Cu (деформированные сплавы), с добавлением смеси окиси и гидроокиси алюминия от 0,5 до 10% (вес.) и активного порофора TiH₂ от 0,5 до 1,2% (вес.) с температурой разложения, превышающей температуру расплавления матрицы порошка алюминиевого сплава, а также смешивают крупные частицы дробленых отходов определенных деформируемых алюминиевых сплавов АМц, АД31, АД33, АМг3, АМг5, Д16 и др., литейных сплавов с фракционным составом 0,5-4,5 мм методом механического легирования в атриттере со смесью окисей алюминия и порофора. Полученную смесь порошков подают ровным слоем на конвейер нагревательной печи. Нагрев смеси порошков в печи проводят в среде азота в интервале температур от 450 до 600^oС при избыточном давлении от 10 до 100 мм вод.ст. Нагретую порошковую смесь пересыпают в приемный бункер вертикальной емкости, по которому предварительно нагретая смесь под действием вибрации равномерно уплотняется и перемещается сверху вниз. Чтобы порошковая смесь не остывала при перемещении по емкости, она проходит сквозь нагревательную печь, обеспечивающую поддержание требуемой температуры в интервале от 450 до 600^oС в зависимости от состава порошкового сплава и других технологических параметров. Скорости движения смеси по конвейеру печи предвартельного нагрева и по вертикальной емкости одинаковые. Из выходного раструба емкости нагретая смесь поступает в прокатный стан с горизонтально расположенными валками, каждый из которых имеет внутренний проточенный паз, равный половине будущей горячекомпактированной листовой заготовки. Выбранные скорости прокатки или втягивания горячих порошков в зону горячего компактирования должны соответствовать скорости движения порошков по вертикальной виброемкости и скорости движения порошка на конвейере при его предварительном нагреве в печи с азотной атмосферой. Боковые выступы проточенных пазов каждого валка касаются друг друга, образуя замкнутый прямоугольный ручей, формирующий конечные размеры горячекомпактированной листовой заготовки из порошковой смеси. Боковые выступы на валках ограничивают поперечное перемещение частиц порошков под действием сил при прокатке. Создание жесткого замкнутого ручья в зоне действия сил, очага деформации, приводит к изменению схемы напряженно-деформационного состояния. А именно схема напряженно-деформационного состояния при прокатке в гладких валках обеспечивает деформации в трех направлениях: интенсивная деформация по направлению прокатки и незначительная деформация в поперечном направлении, вызывающая уширение листов при прокатке. В случае использования корытообразных валков, образующих замкнутый ручей при определенных условиях предлагаемого изобретения, создаются условия образования напряженно-деформационного состояния, соответствующего прессованию с однонаправленным вектором деформации, как при прессовании, т. е. пластическая деформация развивается по направлению главного вектора силы. При определенных условиях предлагаемого изобретения в валках прокатнго стана можно осуществить горячее компактирование порошковой смеси с относительной плотностью 0.97-0.99% и получить горячекомпактированную непрерывную полосу или лист шириной от 50 до 1500 мм и толщиной от 3 до 10 мм. Условие формирования непрерывной горячекомпактированной или горячепрессованной плоской листовой заготовки в специальных прокатных валках, образующих замкнутый ручей в прокатном стане, описывается следующей математической зависимостью:
H = h • γ • α,
где Н - раствор между валками по дуге захвата, мм;
h - толщина компактированного листа, мм;
γ - коэффициент уплотнения порошка;
α - экспериментальный коэффициент 1,5 ≥ α > 4,5.A method of obtaining porous semi-finished products from powders of aluminum alloys consists in mixing powders of aluminum alloys of various systems: Al-Si-Cu-Mg, Al-Cu-Mg-Si, Al-Mg-Si, Al-Mg-Cu-Si ( cast alloys), Al-Cu-Mg-Mn, Al-Mg-Cu, Al-Zn-Cu-Mg, Al-Zn-Mg-Cu (deformed alloys), with the addition of a mixture of aluminum oxide and hydroxide from 0.5 to 10% (wt.) And TiH ₂ active porophore from 0.5 to 1.2% (wt.) With a decomposition temperature exceeding the melting temperature of the aluminum alloy powder matrix, and large particles of crushed waste from certain deformable aluminum are mixed alloys AMts, AD31, AD33, AMg3, AMg5, D16, etc., cast alloys with a fractional composition of 0.5-4.5 mm by mechanical alloying in an atritter with a mixture of aluminum oxide and porophore. The resulting mixture of powders is fed in an even layer to the conveyor of the heating furnace. The mixture of powders in the furnace is heated in a nitrogen atmosphere in the temperature range from 450 to 600 ^o C at an overpressure of 10 to 100 mm water column. The heated powder mixture is poured into a receiving hopper of a vertical tank, through which the pre-heated mixture is uniformly compacted and moved from top to bottom under vibration. To the powder mixture does not cool when moving across the tank, it passes through a heating furnace, ensuring the maintenance of the required temperature in the range from 450 to 600 ^o With depending on the composition of the powder alloy and other technological parameters. The speed of the mixture along the conveyor of the pre-heating furnace and the vertical capacity are the same. From the outlet bell of the tank, the heated mixture enters a rolling mill with horizontally located rolls, each of which has an internal grooved groove equal to half of the future hot-compacted sheet billet. The selected speeds for rolling or drawing hot powders into the hot compacting zone should correspond to the speed of the powders in the vertical vibration capacity and the speed of the powder on the conveyor during its preliminary heating in a furnace with a nitrogen atmosphere. The lateral protrusions of the grooved grooves of each roll touch each other, forming a closed rectangular stream, forming the final dimensions of the hot-compacted sheet blank from the powder mixture. The lateral protrusions on the rolls limit the lateral movement of the powder particles under the action of forces during rolling. The creation of a rigid closed stream in the zone of action of the forces, the focus of deformation, leads to a change in the scheme of the stress-strain state. Namely, the stress-strain state diagram during rolling in smooth rolls provides deformations in three directions: intense deformation in the direction of rolling and slight deformation in the transverse direction, causing sheet broadening during rolling. In the case of using trough-like rolls forming a closed stream under certain conditions of the present invention, the conditions for the formation of a stress-strain state corresponding to pressing with a unidirectional strain vector are created, as when pressing, i.e., plastic deformation develops in the direction of the main force vector. Under certain conditions of the invention, hot compaction of the powder mixture with a relative density of 0.97-0.99% can be carried out in rolls of a rolling mill and a hot-compacted continuous strip or sheet with a width of 50 to 1500 mm and a thickness of 3 to 10 mm can be obtained. The condition for the formation of a continuous hot-compacted or hot-pressed flat sheet blank in special rolling rolls forming a closed stream in a rolling mill is described by the following mathematical dependence:
H = h • γ • α,
where H is the solution between the rolls along the capture arc, mm;
h is the thickness of the compacted sheet, mm;
γ is the powder compaction coefficient;
α is the experimental coefficient of 1.5 ≥ α> 4.5.

В результате действия сил, обеспечивающих объемно-напряженное состояние в очаге деформаций, и при температуре 430-500^oС развиваются активные взаимодействия частиц порошков. Сближающиеся под действием сил частицы порошков испытывают как частичное разрушение окисной пленки с образованием чистых ювенильных поверхностей, так и непосредственное сближение частиц порошков, границей раздела которых является окисная пленка. В результате температуры и действия сил в очаге деформации между частицами порошка за счет активной диффузии образуются новые прочные металлические связи как по местам контактов с чистой ювенильной поверхностью, так и по местам контактов через металлизированную окисную пленку. Образовавшиеся прочные металлические связи выдерживают значительные растягивающие напряжения при формировании непрерывного плотного горячепрессованного листа заданной толщины. Полученный горячекомпактированный или горячепрессованный лист режут на заготовки, укладывают в формы, боковые стенки которых изготавливают из теплоизоляционного материала, имеющего резко отличающуюся степень черноты по сравнению с алюминием. Днища форм изготовливают из листа жароупорной стали или сетки с мелкой ячейкой. Форма, с одной стороны, является транспорным средством, в котором заготовку подают на термообработку, а с другой, создает термостатирующее пространство для нагревемой заготовки при термообработке и ограничивает пространство вспенивания в заданных габаритах. Высокотемпературную термообработку проводят путем нагрева заготовки в форме выше температуры фазового перехода в жидкое состояние. Процесс окончания вспенивания определяют по визуальному наблюдению, т.е. при появлении контрастной кромки алюминия над стенкой формы. Форму извлекают из печи, охлаждают поверхность и останавливают вспенивание на нужной высоте.As a result of the action of forces providing a volume-stress state in the deformation zone, and at a temperature of 430-500 ^o C, active interactions of powder particles develop. Powder particles approaching under the influence of forces experience both partial destruction of the oxide film with the formation of clean juvenile surfaces and direct approach of powder particles, the interface of which is the oxide film. As a result of the temperature and the action of forces in the deformation zone between the powder particles due to active diffusion, new strong metallic bonds are formed both at the points of contact with a clean juvenile surface and at the points of contact through a metallized oxide film. The resulting strong metal bonds withstand significant tensile stresses during the formation of a continuous dense hot-pressed sheet of a given thickness. The obtained hot-compacted or hot-pressed sheet is cut into blanks, laid in molds, the side walls of which are made of heat-insulating material having a sharply different degree of blackness compared to aluminum. The bottoms of the molds are made from a sheet of heat-resistant steel or a mesh with a small mesh. The mold, on the one hand, is a conveyor means in which the preform is fed to heat treatment, and on the other hand, it creates a thermostatic space for the heated preform during heat treatment and limits the foaming space in predetermined dimensions. High-temperature heat treatment is carried out by heating the workpiece in the form above the temperature of the phase transition to the liquid state. The process of ending foaming is determined by visual observation, i.e. when a contrasting edge of aluminum appears above the mold wall. The mold is removed from the oven, the surface is cooled and foaming is stopped at the desired height.

Кроме того, в частном случае реализации способа после окончания порообразования форму со стенками из теплоизолирующего материала перемещают в технологическое пространство печи с меньшей температурой и для формирования ровной верхней поверхности на торец формы опускают ровную плиту из теплоизоляционного материала, не взаимодействующего с алюминием, затем форму извлекают из печи, плиту снимают и выровненную верхнюю поверхность интенсивно охлаждают. In addition, in the particular case of the method, after the pore formation is completed, the mold with the walls of the heat-insulating material is moved to the technological space of the furnace with a lower temperature, and to form a flat upper surface, a flat plate from the heat-insulating material not interacting with aluminum is lowered, then the mold is removed the oven, the stove is removed and the leveled upper surface is intensively cooled.

Кроме того, в частном случае реализации способа плита из теплоизоляционного материала, не взаимодействующая с жидким алюминием, выполнена с технологическими выступами, формирующими ответный оттиск на затвердевающей поверхности. In addition, in the particular case of the method, a plate of heat-insulating material that does not interact with liquid aluminum is made with technological protrusions forming a response print on a hardening surface.

Кроме того, в частном случае реализации способа перед высокотемпературной обработкой на дно формы укладывают штампованный лист, на который помещают заготовку, а после перемещения формы в технологическое пространство печи с меньшей температурой для формирования верхней поверхности с ответными технологическими выступами на торец формы опускают плиту, выполненную с заданными технологическими выступами из теплоизоляционного материала, не взаимодействующего с жидким алюминием, а затем форму извлекают из печи, плиту снимают и верхнюю поверхность интенсивно охлаждают. In addition, in the particular case of implementing the method, a stamped sheet is placed on the bottom of the mold before the high-temperature processing, on which the preform is placed, and after the mold is moved into the technological space of the furnace with a lower temperature, the plate made with given technological projections from a heat-insulating material that does not interact with liquid aluminum, and then the mold is removed from the furnace, the plate is removed and the top The surface is intensively cooled.

Кроме того, в частном случае реализации способа в качестве порошка алюминиевого сплава используют дробленые отходы алюминиевых сплавов как прессованных, так и катанных из мягких сплавов алюминия АД0, АД1 и деформируемых сплавов АМц, АД31, АД33, АМг3, АМг5, Д16, меди, пластичных металлов и сплавов с размером частиц 0.5-4.5 мм. In addition, in the particular case of implementing the method, crushed waste aluminum alloys, both pressed and rolled from soft aluminum alloys AD0, AD1 and wrought alloys AMts, AD31, AD33, AMg3, AMg5, D16, copper, plastic metals, are used as an aluminum alloy powder and alloys with a particle size of 0.5-4.5 mm.

Кроме того, в частном случае реализации способа при смешении в атриттере порошка алюминиевого сплава с порофорами используют добавки в виде дробленых частиц из алюминиеых сплавов и меди и других пластичных металлов с фракционным составом 0.5-2.5 мм; 1.0-3.0 мм; 1.5-4.5 мм. In addition, in the particular case of the method, when mixing aluminum alloy powder with porophores in an atritter, additives in the form of crushed particles from aluminum alloys and copper and other ductile metals with a fractional composition of 0.5-2.5 mm are used; 1.0-3.0 mm; 1.5-4.5 mm.

Кроме того, в частном случае реализации способа при смешении дробленых отходов из алюминиевых сплавов АД0, АД1 и твердых деформируемых сплавов АМц, АД31, АД33, АМг3, АМг5, Д16 в атриттере вводят вместе с порофором добавки тугоплавких частиц оксида алюминия, карбида бора и карбида кремния с дисперсностью 5-100 микрон. In addition, in the particular case of the method, when mixing crushed waste from aluminum alloys AD0, AD1 and hard deformable alloys AMts, AD31, AD33, AMg3, AMg5, D16, additives are added together with a porophore to refractory particles of aluminum oxide, boron carbide and silicon carbide with a dispersion of 5-100 microns.

Кроме того, в частном случае реализации способа при смешении дробленых отходов алюминиевых сплавов в атриттере в смесь вводят добавки тугоплавких частиц интерметаллидов, например, NiAl₃, NiAl, Cr₂Al₆ с дисперсностью 10-100 микрон.In addition, in the particular case of the method, when mixing the crushed waste of aluminum alloys in an atritter, additives are added to the mixture of refractory particles of intermetallic compounds, for example, NiAl ₃ , NiAl, Cr ₂ Al ₆ with a dispersion of 10-100 microns.

Кроме того, в частном случае реализации способа для уменьшения толщины получаемой полосы при горячем компактировнии осуществляют за счет подачи смеси порошков между движущимися стальными листами, пропускаемыми через виброжелоб в ручей прокатного стана. In addition, in the particular case of implementing the method to reduce the thickness of the obtained strip during hot compacting, it is carried out by feeding a mixture of powders between moving steel sheets passed through a vibratory gutter into a stream of a rolling mill.

Кроме того, в частном случае реализации способа в процессе горячего компактирования смеси порошков осуществляют ее плакирование металлическими листами из стали и титана при подаче смеси порошков между движущимися горячими листами, пропускаемыми через виброжелоб в ручей прокатного стана с последующим сгибанием концов листов в замок, при этом задают необходимые соотношения по засыпке смеси порошков и повышают температуру смеси порошков в очаге деформации до 500-520^oС при степени деформации 2-5%.In addition, in the particular case of the method, in the process of hot compaction of the mixture of powders, it is clad with metal sheets of steel and titanium when a mixture of powders is fed between moving hot sheets passed through a vibratory gutter into the stream of a rolling mill with subsequent bending of the ends of the sheets into the lock; the necessary ratio for filling the mixture of powders and increase the temperature of the mixture of powders in the deformation zone to 500-520 ^o With a degree of deformation of 2-5%.

Кроме того, в частном случае реализации способа в процессе горячего компактирования смеси порошков осуществляют ее плакирование алюминиевыми листами при подаче смеси порошков между движущимися горячими листами, пропускаемыми через виброжелоб в ручей прокатного стана с последующим сгибанием концов листов в замок, при этом задают необходимые соотношения по засыпке смеси порошков и поддерживают температуру смеси порошков в очаге деформации до 430-450^oС.In addition, in the particular case of the method in the process of hot compaction of a mixture of powders, it is clad with aluminum sheets while feeding a mixture of powders between moving hot sheets passed through a vibratory gutter into a stream of a rolling mill with subsequent bending of the ends of the sheets into the lock, while setting the necessary ratios for filling powder mixtures and maintain the temperature of the powder mixture in the deformation zone up to 430-450 ^o C.

Кроме того, в частном случае реализации способа при осуществлении вспениания и определения его окончания из-за различия степени черноты боковой стенки формы и алюминия появляется полоска над формой при вспенивании заготовки, позволяющая визуально и объективно определелить окончание вспенивания. Возможность воспроизведения изобретения охарактеризованного приведенной выше совокупностью признаков, а также возможность реализации назначения изобретения может быть подтверждена описанием следующих примеров. In addition, in the particular case of the method when foaming and determining its end, due to the difference in the degree of blackness of the side wall of the mold and aluminum, a strip appears above the mold when foaming the workpiece, which allows visually and objectively determining the end of foaming. The ability to reproduce the invention described by the above set of features, as well as the possibility of realizing the purpose of the invention can be confirmed by the description of the following examples.

Пример реализации способа получения плоских пористых полуфабрикатов состоит в следующем. An example implementation of a method for producing flat porous semi-finished products is as follows.

Порошок алюминиевого сплава системы Al-Mg-Cu-Mn (температура ликвидус сплава 640-645^oС, температура образования неравновесной легкоплавкой эвтектики 535-540^oС) в количестве 500 кг смешали с 5.4 кг порофора TiH₂ (Т разложения - 690^oС) с 12.5 кг смеси окисей Аl₂O₃ и Al₂O₃(Н₂O) засыпали в бункер, далее через специальный дозатор порошковую смесь ровным слоем с насыпным весом 1.23-1.32 г/см³ рассыпали на ленточный конвейер нагревательной печи. Нагрев смеси порошков осуществляют в печи с азотной средой при температуре 500^oС. Нагретую порошковую смесь ссыпали в приемную воронку вертикального прямоугольного желоба, подключенного к вибросистеме, обеспечивающей уплотнение смеси порошка до плотности 1.6-1.8 г/см³ и перемещение порошка сверху вниз. Вертикальный желоб проходит через печь подогрева смеси порошка и обеспечивает поддержание требуемой температуры до 500^oС. Далее из торца вертикального желоба уплотненная горячяя порошковая смесь поступает в приемный бункер прокатного стана с рассчитанным зазором валками и скоростью прокатки. Основным установочным параметром является скорость прокатки или скорость втягивания горячего порошка в зону горячего компактирования с зазором 6 мм. Все остальные агрегаты, по которым движется порошковая смесь, обеспечивают синхронное непрерывное поступление смеси к прокатному стану, сохраняя постоянство объемно-весовых и температурных параметров технологического процесса. При попадании горячей порошковой смеси при температурах 430-450^oС в замкнутое пространство очага деформации с удельным давлением от 300 до 600 МПа происходит горячее компактирование (отн. плотность 0.98-0.99%). На прокатном стане было непрерывно прокатано 400 кг листа. На ножницах за прокатным станом горячекомпактированный лист разрезали на мерные заготовки. Несколько полученных первых горячекомпактированных заготовок были направлены на свободное вспенивание. Полученные заготовки укладывали в формы размером, соответствующим нарезанным заготовкам со стенками из теплоизоляционного материала, и подвергали высокотемпературной обработке. При достижении температуры на горячекомпактированной заготовке выше фазового перехода в жидкое состояние начинался процесс вспенивания порошковой заготовки и при появлении слоя алюминия над стенкой рамки, высота которой составляла 27 мм, по визуальному наблюдению оценивали окончание вспенивания. Рамку извлекали из печи и интенсивно охлаждали вспененную заготовку. Размер полученных пористых полуфабрикатов соотвествовал размерам формы. Нижняя поверхность пористых листов была ровная, а верхняя имела следы вздутий от внутренних пор. Боковые поверхности вспененной плиты были ровные. Плотность полученных пористых плит составила 0.58-0.61 г/см³. Выход годного на пористых полуфабрикатах составил 100%/
Вторую часть горячекомпактированных заготовок 1000х120-200х6 мм вспенивали так же в формах из теплоизоляционного материала при температуре 760^oС и после появления кромки алюминия над стенкой формы высотой 27 мм по визуальному наблюдению оценивали окончание вспенивания. Форму перемещали из печи в ее технологическое пространство с меньшей температурой, в котором на торец рамки опускали плиту с ровной поверхностью, и после фиксации ровной поверхности плиту снимали, рамку извлекали из печи и интенсивно охлаждали вспененную заготовку. Размер полученных пористых полуфабрикатов составил 1000х120-200х27.5 мм. В этом случае верхняя и нижняя поверхности пористых плит были ровные. Боковые поверхности вспененной плиты также были ровные. Плотность полученных пористых полуфабрикатов составила 0.60-0.63 г/см³. Выход годного на пористых полуфабрикатах составил 100%.Powder of an aluminum alloy of the Al-Mg-Cu-Mn system (liquidus temperature of the alloy is 640-645 ^o С, the temperature of formation of nonequilibrium low-melting eutectic 535-540 ^o С) in the amount of 500 kg was mixed with 5.4 kg of TiH ₂ porophore (T decomposition - 690 ^o С ) with 12.5 kg of a mixture of Al ₂ O ₃ and Al ₂ O ₃ (H ₂ O) oxides, they were poured into the hopper, then, through a special dispenser, the powder mixture was spread in an even layer with a bulk density of 1.23-1.32 g / cm ³ on the conveyor belt of the heating furnace. The mixture of powders is heated in a furnace with a nitrogen medium at a temperature of 500 ^o С. The heated powder mixture was poured into a receiving funnel of a vertical rectangular trough connected to a vibrating system that compacts the powder mixture to a density of 1.6-1.8 g / cm ³ and moves the powder from top to bottom. The vertical trough passes through the powder mixture heating furnace and maintains the required temperature of up to 500 ^° C. Then, from the end of the vertical trough, the compacted hot powder mixture enters the receiving hopper of the rolling mill with the calculated roll clearance and rolling speed. The main setting parameter is the rolling speed or the retraction speed of the hot powder into the hot compacting zone with a gap of 6 mm. All other units along which the powder mixture moves provide a synchronous continuous flow of the mixture to the rolling mill, while maintaining the constant volume-weight and temperature parameters of the process. When a hot powder mixture enters at a temperature of 430-450 ^o C in an enclosed space of a deformation zone with a specific pressure of 300 to 600 MPa, hot compaction occurs (rel. Density 0.98-0.99%). At the rolling mill, 400 kg of sheet was continuously rolled. On scissors behind the rolling mill, a hot-compacted sheet was cut into measuring blanks. Several of the first hot compacts obtained were directed to free foaming. The obtained blanks were laid in molds of a size corresponding to the cut blanks with walls of heat-insulating material, and subjected to high-temperature processing. When the temperature on the hot-compacted workpiece was reached above the phase transition to the liquid state, the foaming of the powder workpiece began and, when a layer of aluminum appeared over the wall of the frame, the height of which was 27 mm, the completion of foaming was evaluated by visual observation. The frame was removed from the oven and the foam preform was intensively cooled. The size of the obtained porous semi-finished products corresponded to the size of the form. The bottom surface of the porous sheets was flat, and the top had traces of swelling from the inner pores. The lateral surfaces of the foam board were flat. The density of the obtained porous plates was 0.58-0.61 g / cm ³ . The yield on porous semi-finished products was 100% /
The second part of the hot-compacted blanks of 1000x120-200x6 mm was also foamed in molds of heat-insulating material at a temperature of 760 ^o C and after the appearance of an aluminum edge above the mold wall with a height of 27 mm, the end of foaming was evaluated by visual observation. The mold was moved from the furnace to its technological space with a lower temperature, in which a plate with a flat surface was lowered onto the end of the frame, and after fixing the flat surface, the plate was removed, the frame was removed from the furnace and the foam blank was intensively cooled. The size of the obtained porous semi-finished products was 1000x120-200x27.5 mm. In this case, the upper and lower surfaces of the porous plates were smooth. The lateral surfaces of the foam board were also flat. The density of the obtained porous semi-finished products was 0.60-0.63 g / cm ³ . The yield on porous semi-finished products was 100%.

Технологический процесс по предлагаемому изобретению построен так, что образование технологических отходов почти отсутствует. Как видно, главная операция - горячее компактирование порошковой смеси в валках прокатного стана - не должна иметь отходов по своей сути. Операция нагрева смеси порошков в среде азота и подачи нагретой смеси в прокатный порошковый стан также безотходна. Только при горячем компактировании могут образовываться незначительные рваные кромки, которые подлежат обрезке. Образующиеся незначительные отходы в виде обрези от горячекомпактированных листов после измельчения возвращают в порошковую смесь. Отлаженный технологический процесс вспенивания плотных горячекомпактированных листов в рамке из теплоизоляционного материала несет в себе высокий выход годного. Поэтому указанный показатель выхода годного 95-97% по конечному продукту соответствует реальному значению. The technological process according to the invention is constructed so that the formation of technological waste is almost absent. As you can see, the main operation - hot compaction of the powder mixture in the rolls of the rolling mill - should not have waste inherently. The operation of heating the mixture of powders in a nitrogen medium and feeding the heated mixture to the rolling powder mill is also waste-free. Only with hot compaction can small torn edges be formed that need to be trimmed. The resulting small waste in the form of scrap from the hot compacted sheets after grinding is returned to the powder mixture. A well-established process of foaming dense, hot-compacted sheets in a frame of heat-insulating material carries a high yield. Therefore, the indicated yield rate of 95-97% for the final product corresponds to the real value.

Особо стоит рассмотреть влияние температуры нагрева смеси порошков перед горячим компактированием в холодных валках порошкового прокатного стана. Если операцию нагрева смеси порошков осуществляют при температурах ниже 450^oС, то в результате интенсивного охлаждения порошковой смеси в очаге деформации это приведет не только к резкому увеличению усилий на валках, но и к замедлению процессов диффузии. В результате не происходит горячего компактирования смеси и структура листа представляет собой хрупкую и пористую (отн. плотность 0.80-0.85) массу, непригодную к вспениванию.It is especially worth considering the influence of the heating temperature of the powder mixture before hot compaction in the cold rolls of the powder rolling mill. If the operation of heating a mixture of powders is carried out at temperatures below 450 ^o C, then as a result of intensive cooling of the powder mixture in the deformation zone, this will lead not only to a sharp increase in effort on the rolls, but also to a slowdown of diffusion processes. As a result, the mixture is not hot compacted and the sheet structure is a brittle and porous (rel. Density 0.80-0.85) mass, unsuitable for foaming.

Если операцию нагрева смеси порошков осуществляют при температурах выше 600^oС, то перегрев до этой температуры уже приведет к образованию легкоплавких эвтектик и появлению значительных количеств жидкой фазы внутри окисленной частицы, что может вызвать потерю сыпучести смеси порошков. Наиболее опасен перегрев выше 600^oС для частиц порофора TiH₂. Перегрев выше 600^oС ускоряет разложение TiH₂. Поэтому этот перегрев приводит к потере значительной доли водорода в порофоре и снижает его будущую активность при вспенивании горячекомпактированного листа. Первый источник выделения водорода - это разложение TiH₂ при температуре нагрева. Второй источник - это поверхностный водород, образующийся по реакции взаимодействия сорбированных молекул Н₂O с диффундирующими через окисную пленку катионами алюминия. Выделившийся водород при нагреве TiH₂ и поверхностный водород, выделяющиеся в пространство конвейерной печи, повышают его концентрацию и создают определенную угрозу при нагреве порошковой смеси. Для организации безопасного технологического процесса требуется создать необходимые условия техники безопасности. Поэтому нагрев смеси порошков осуществляют в конвейерной печи в азотной среде с избыточным давлением от 10 до 100 мм вод.ст., исключающей возможность попадания кислорода в зону нагрева порошковой смеси.If the operation of heating the mixture of powders is carried out at temperatures above 600 ^o C, then overheating to this temperature will already lead to the formation of fusible eutectics and the appearance of significant quantities of the liquid phase inside the oxidized particles, which can cause loss of flowability of the mixture of powders. The most dangerous overheating above 600 ^o With particles of porphore TiH ₂ . Overheating above 600 ^o With accelerates the decomposition of TiH ₂ . Therefore, this overheating leads to the loss of a significant fraction of hydrogen in the porophore and reduces its future activity when foaming a hot-compacted sheet. The first source of hydrogen evolution is the decomposition of TiH ₂ at a heating temperature. The second source is surface hydrogen, which is formed by the reaction of the adsorbed Н ₂ O molecules with aluminum cations diffusing through the oxide film. Hydrogen released during heating of TiH ₂ and surface hydrogen released into the space of the conveyor furnace increase its concentration and create a certain threat when the powder mixture is heated. To organize a safe technological process, it is necessary to create the necessary safety conditions. Therefore, the heating of the powder mixture is carried out in a conveyor furnace in a nitrogen atmosphere with an excess pressure of 10 to 100 mm water column, which excludes the possibility of oxygen entering the heating zone of the powder mixture.

Нагрев до температуры 450-500^oС для распыленных порошков не является критическим с точки зрения появления легкоплавких эвтектик, т.к. распыленные порошки имеют неравновесную структуру, то появление легкоплавких эвтектик смещено на 20-30^oС в зону более высоких температур. Перегрев до 500-550^oС несет определенный риск появления легкоплавких эвтектик, но при плотном контакте с холодными валками прокатного стана жидкая эвтектика кристаллизуется, обеспечивая высокие свойства горячекомпактированных листов. Нагрев до 500-550^oС рекомендуется только в начальной стадии процесса. Искусственно созданный перегрев несет в массе компактируемого порошка большой запас тепловой энергии и, несмотря на то что валки прокатного стана холодные, температура смеси в очаге деформации не снижается ниже 450^oС. Применение повышенных скоростей прокатки способствует сохранению температуры порошковой смеси и одновременно приводит к нагреву поверхности прокатных валков. Прогрев поверхности валков до температуры 100-150^oС позволяет уменьшить температуру нагрева порошковой смеси в конвейерной печи с азотной средой и в печи поддержания температуры при прохождении смеси в вертикальном желобе.Heating to a temperature of 450-500 ^o C for sprayed powders is not critical from the point of view of the appearance of fusible eutectics, because Since the powdered powders have a nonequilibrium structure, the appearance of fusible eutectics is shifted by 20-30 ^o C in the zone of higher temperatures. Overheating to 500-550 ^o C carries a certain risk of the appearance of fusible eutectics, but upon close contact with the cold rolls of the rolling mill, the liquid eutectic crystallizes, providing high properties of the hot compacted sheets. Heating to 500-550 ^o C is recommended only in the initial stage of the process. Artificially created overheating carries a large supply of thermal energy in the mass of compacted powder and, despite the fact that the rolls of the rolling mill are cold, the temperature of the mixture in the deformation zone does not decrease below 450 ^o C. The use of increased rolling speeds helps to maintain the temperature of the powder mixture and at the same time leads to surface heating rolling rolls. Warming the surface of the rolls to a temperature of 100-150 ^o With allows you to reduce the temperature of the heating of the powder mixture in a conveyor furnace with nitrogen medium and in the furnace to maintain the temperature during the passage of the mixture in a vertical trough.

Коррекция температуры в сторону ее уменьшения до 450-500^oС при начальных нагревах порошковой смеси приводит к значительному снижению интенсивности разложения порофора TiH₂, сохраняя температуру компактирования 430-450^oС.Correction of the temperature in the direction of its decrease to 450-500 ^o With the initial heating of the powder mixture leads to a significant decrease in the rate of decomposition of porophore TiH ₂ , while maintaining the temperature of the compact 430-450 ^o C.

Пример реализации способа получения плоских пористых полуфабрикатов с использованием дробленых частиц определенных вторичных алюминиевых сплавов состоит в следующем. An example implementation of a method for producing flat porous semi-finished products using crushed particles of certain secondary aluminum alloys is as follows.

Частицы размером 0.5-4.5 мм, полученные дроблением отходов алюминиевого сплава Д16 (температура ликвидус сплава 640-645^oС, температура образования равновесной легкоплавкой эвтектики 505-510^oС) в количестве 300 кг провели смешивание в водоохлаждаемом атриттере в атмосфере азота с 3.25 кг порофора TiH₂ (Т разложения - 690^oС) с 10.5 кг смеси окисей Al₂O₃ и Al₂O₃(Н₂O) до получения механически легированного сплава Д16 с равномерным распределением введенных количеств частиц порофора и окисей алюминия. Полученный механически легированный порошок на основе сплава Д16 засыпали в бункер, далее через специальный дозатор порошок ровным слоем с насыпным весом 1.35-1.41 г/см³ рассыпали на ленточном конвейере нагревательной печи. Нагрев порошка осуществляли в печи с азотной средой при температуре 500^oC. Нагретый порошок ссыпался в приемную воронку вертикального прямоугольного желоба, подключенного к вибросистеме, обеспечивающей уплотнение механически легированного порошка сплава Д16 до плотности 1.6-1.8 г/см³ и его перемещение сверху вниз. Вертикальный желоб проходит через печь подогрева порошка и обеспечивает поддержание требуемой температуры до 500^oС. Далее из торца вертикального желоба уплотненный горячий порошок сплава Д16 поступает в приемный бункер прокатного стана с рассчитанным зазаром между валками и заданной скоростью прокатки. Зазор в очаге деформации 6 мм. Все агрегаты, по которым движется порошок, обеспечивают синхронное непрерывное поступление смеси к прокатному стану, сохраняя постоянство объемно-весовых и температурных параметров технологического процесса. При попадании горячего порошка при температурах 430-470^oС в замкнутое пространство очага деформации с удельным давлением от 300 до 600 МПа происходит горячее компактирование (отн. плотность 0.98-0.99). На прокатном стане было непрерывно прокатано 300 кг листа. На ножницах за прокатным станом горячекомпактированный лист разрезали на заготовки 1000х1200х6 мм. Несколько полученных первых горячекомпактированных заготовок были направлены на свободное вспенивание. Полученные заготовки укладывали в формы размером, соответствующим нарезанным заготовкам 1000х120-200х27 мм из теплоизоляционного материала, и подвергали высокотемпературной обработке при температуре 760^oС. При достижении температуры на горячекомпактированной заготовке выше фазового перехода в жидкое состояние начинался процесс вспенивания порошковой заготовки и при появлении слоя алюминия над стенкой рамки, высота которой составляла 27 мм, по визуальному наблюдению оценивали окончание вспенивания. Рамку извлекали из печи и интенсивно охлаждали вспененную заготовку. Размер полученных пористых полуфабрикатов составил 1000х120-200х28.5 мм. Нижняя поверхность пористых листов была ровная, а верхняя имела следы вздутий от внутренних пор. Боковые поверхности вспененной плиты были ровные. Плотность полученных пористых плит составила 0.58-0.61 г/см³. Выход годного на пористых полуфабрикатах составил 100%.Particles 0.5-4.5 mm in size obtained by crushing waste aluminum alloy D16 (liquidus alloy temperature 640-645 ^o С, the temperature of formation of equilibrium low-melting eutectic 505-510 ^o С) in the amount of 300 kg were mixed in a water-cooled atritter in a nitrogen atmosphere with 3.25 kg of porophore TiH ₂ (T decomposition - 690 ^o C) with 10.5 kg of a mixture of oxides of Al ₂ O ₃ and Al ₂ O ₃ (H ₂ O) to obtain a mechanically alloyed alloy D16 with a uniform distribution of the introduced amounts of porophore particles and aluminum oxides. The mechanically alloyed powder obtained on the basis of D16 alloy was poured into the hopper, then through a special dispenser the powder was spread in an even layer with a bulk density of 1.35-1.41 g / cm ³ on a conveyor belt of a heating furnace. The powder was heated in a furnace with a nitrogen medium at a temperature of 500 ^o C. The heated powder was poured into a receiving funnel of a vertical rectangular trough connected to a vibrating system that densifies mechanically alloyed powder of D16 alloy to a density of 1.6-1.8 g / cm ³ and moves it from top to bottom. The vertical trough passes through the powder heating furnace and ensures that the required temperature is maintained up to 500 ^o C. Next, from the end of the vertical trough, the compacted hot powder of alloy D16 enters the receiving hopper of the rolling mill with the calculated gap between the rolls and the given rolling speed. The gap in the deformation zone is 6 mm. All units along which the powder moves ensure a synchronous continuous flow of the mixture to the rolling mill, while maintaining the constant volume-weight and temperature parameters of the process. When hot powder enters at a temperature of 430-470 ^o C in a confined space of the deformation zone with a specific pressure of 300 to 600 MPa, hot compaction occurs (rel. Density 0.98-0.99). At the rolling mill, 300 kg of sheet was continuously rolled. On scissors behind the rolling mill, a hot-compacted sheet was cut into blanks of 1000x1200x6 mm. Several of the first hot compacts obtained were directed to free foaming. The obtained preforms were placed in molds of the size corresponding to the cut preforms 1000x120-200x27 mm from heat-insulating material, and subjected to high-temperature processing at a temperature of 760 ^o C. When the temperature reached on the hot-compacted preform above the phase transition to the liquid state, the process of foaming the powder preform began and when an aluminum layer appeared over the wall of the frame, the height of which was 27 mm, the end of foaming was evaluated by visual observation. The frame was removed from the oven and the foam preform was intensively cooled. The size of the obtained porous semi-finished products amounted to 1000x120-200x28.5 mm. The bottom surface of the porous sheets was flat, and the top had traces of swelling from the inner pores. The lateral surfaces of the foam board were flat. The density of the obtained porous plates was 0.58-0.61 g / cm ³ . The yield on porous semi-finished products was 100%.

Вторую часть горячекомпактированных заготовок 1000х120-200х6 мм вспенивали так же в рамках из теплоизоляционного материала при температуре 760^oС и после появления кромки алюминия над стенкой рамки высотой 27 мм по визуальному наблюдению оценивали окончание вспенивания. Рамку перемещали из печи в технологическое пространство с меньшей температурой, в котором на торец рамки опускали гладкую плиту, и после фиксации ровной поверхности, плиту снимали, рамку извлекали из печи и интенсивно охлаждали вспененную заготовку. Размер полученных пористых полуфабрикатов составил 1000х120-200х27.5 мм. В этом случае верхняя и нижняя поверхности пористых плит были ровные. Боковые поверхности вспененной плиты также были ровные. Плотность полученных пористых полуфабрикатов составила 0.60-0.63 г/см³. Выход годного на пористых полуфабрикатах составил 100%.The second part of the hot-compacted blanks of 1000x120-200x6 mm was also foamed in the framework of a heat-insulating material at a temperature of 760 ^° C and after the appearance of an aluminum edge above the wall of a frame 27 mm high, the end of foaming was evaluated by visual observation. The frame was moved from the furnace to the technological space with a lower temperature, in which a smooth plate was lowered onto the end of the frame, and after fixing the flat surface, the plate was removed, the frame was removed from the furnace and the foam blank was intensively cooled. The size of the obtained porous semi-finished products was 1000x120-200x27.5 mm. In this case, the upper and lower surfaces of the porous plates were smooth. The lateral surfaces of the foam board were also flat. The density of the obtained porous semi-finished products was 0.60-0.63 g / cm ³ . The yield on porous semi-finished products was 100%.

Пример реализации способа получения плоских горячепрессованных полуфабрикатов на порошковом прокатном стане из дробленых частиц, из различных вторичных алюминиевых сплавов состоит в следующем. An example of the implementation of the method for producing flat hot-pressed semi-finished products on a powder rolling mill from crushed particles from various secondary aluminum alloys is as follows.

Частицы размером 1.0-4.5 мм, полученные дроблением отходов алюминиевого сплава Д16 системы Al-Cu-Mg-Mn (температура ликвидус сплава 640-645^oС, температура образования равновесной легкоплавкой эвтектики 505-510^oС) в количестве 300 кг засыпали в бункер, далее через специальный дозатор дробленые частицы сллава Д16 ровным слоем с насыпным весом 1.30-1.36 г/см³ рассыпали на ленточный конвейер нагревательной печи. Нагрев частиц осуществляли в печи с азотной средой при температуре 500-550^oС. Нагретые частицы ссыпались в приемную воронку вертикального прямоугольного желоба, который подключен к вибросистеме. Частицы заполняли зазор между стенками по всей длине вертикального бункера и, проходя зону вертикального желоба под действием подключенной к нему вибросистеме, уплотнялись до плотности утряски 1.6-1,7 г/см². Одновременно уплотненные частицы, проходя по вертикальному желобу, подогревались до 500-550^oС. Далее горячие частицы из сплава Д16 поступали в приемный бункер прокатного стана, из которого частицы попадали в расчетный зазор между валками, определяющими дугу захвата прокатного стана. Дуга захвата вращающихся холодных валков втягивала горячие частицы в зону деформации, в которой происходило частичное охлаждение, уплотнение частиц и их компактирование со степенью деформации от 5 до 10%. Зазор в очаге деформации 6 мм. Толщина получаемого листа из дробленых частиц сплава Д16 составляла 6 мм. Все агрегаты, по которым двигались частицы, обеспечивали синхронное непрерывное поступление частиц к прокатному стану, сохраняя постоянство объемно-весовых и температурных параметров технологического процесса. При попадании охлажденных, но еще достаточно нагретых частиц сплава Д16 при температурах 430-450^oС в замкнутое пространство очага деформации с удельным давлением от 300 до 600 МПа происходит горячее непрерывное компактирование или прессование (отн. плотность 0.97-0.99%). На прокатном стане было непрерывно продеформировано до 300 кг частиц сплава Д16 до получения листа. На ножницах за прокатным станом горячепрессованный лист разрезали на заготовки. В результате условий непрерывного компактирования частиц из сплава Д16 получили непрервыный лист, который на ножницах резали на длину 1000 мм.Particles 1.0-4.5 mm in size obtained by crushing waste aluminum alloy D16 of the Al-Cu-Mg-Mn system (liquidus temperature of the alloy is 640-645 ^o С, the temperature of formation of equilibrium low-melting eutectic is 505-510 ^o С) in an amount of 300 kg is poured into the hopper, then, through a special batcher, crushed particles of the D16 alloy are sprinkled on a conveyor belt of the heating furnace in an even layer with a bulk density of 1.30-1.36 g / cm ³ . The particles were heated in a furnace with a nitrogen medium at a temperature of 500-550 ^o C. Heated particles were poured into a receiving funnel of a vertical rectangular trough, which is connected to a vibrosystem. Particles filled the gap between the walls along the entire length of the vertical hopper and, passing the zone of the vertical trough under the action of a vibrating system connected to it, were compacted to a density of shake 1.6-1.7 g / cm ² . At the same time, the compacted particles, passing along the vertical trough, were heated to 500-550 ^o С. Then the hot particles from the D16 alloy entered the receiving hopper of the rolling mill, from which the particles fell into the design gap between the rolls that define the arc of capture of the rolling mill. An arc of capture of rotating cold rolls pulled hot particles into the deformation zone, in which partial cooling, compaction of the particles and their compaction with a degree of deformation of 5 to 10% took place. The gap in the deformation zone is 6 mm. The thickness of the resulting sheet of crushed particles of alloy D16 was 6 mm. All the aggregates along which the particles moved provided synchronous continuous flow of particles to the rolling mill, while maintaining the constant volume-weight and temperature parameters of the process. When cooled, but still sufficiently heated particles of alloy D16 at temperatures of 430-450 ^o C get into the confined space of the deformation zone with a specific pressure of 300 to 600 MPa, hot continuous compaction or pressing occurs (rel. Density 0.97-0.99%). At the rolling mill, up to 300 kg of D16 alloy particles were continuously deformed to produce a sheet. On scissors behind the rolling mill, the hot-pressed sheet was cut into blanks. As a result of the conditions of continuous compaction of particles from alloy D16, a continuous sheet was obtained, which was cut to a length of 1000 mm on scissors.

Пример реализации способа получения плакированных алюминием горячепрессованных листов на порошковом прокатном стане из дробленых частиц при использовании отходов различных алюминиевых сплавов состоит в следующем. An example implementation of the method for producing aluminum-clad hot-pressed sheets on a powder mill from crushed particles using waste from various aluminum alloys is as follows.

Частицы размером 1.0-4.5 мм, полученные дроблением отходов алюминиевого сплава Д16 системы Al-Cu-Mg-Mn (температура ликвидус сплава 640-645^oС, температура образования равновесной легкоплавкой эвтектики 505-510^oС), в количестве 300 кг засыпали в бункер, далее через специальный дозатор дробленые частицы сплава Д16 ровным слоем с насыпным весом 1.30-1.36 г/см³ рассыпали на ленточный конвейер нагревательной печи. Нагрев частиц осуществляли в печи с азотной средой при температуре 500-530^oС. Нагретые частицы ссыпались на движущиеся с обеих сторон горячие алюминиевые листы (450^oС) толщиной 1 мм, а шириной 120 мм. Алюминиевые листы, установленные в бухтах, предварительно пропускали через нагревательное устройство, позволяющее нагреть листы до 450^oС, далее они входили с обеих сторон в приемную воронку вертикального прямоугольного желоба и прижимались к его внутренним стенкам. Таким образом осуществлялся контакт движущихся листов со стенками вертикального желоба, который подключен к вибросистеме. Затем алюминиевые листы протягивали по приемному бункеру порошкового прокатного стана и вводили в зону очага деформации валков, формирующую ширину горячепрессованного листа. Концы листов, выходившие из прямоугольного ручья валков, по их ширине загибали в замок. Когда линия плакирующих листов была собрана, начинали засыпать горячие частицы из сплава Д16 в приемный бункер, с которого частицы пересыпали в расчетный зазор между алюминиевыми листами. Далее горячие частицы из сплава Д16 вместе с плакирующими листами поступали в приемный бункер прокатного стана, из которого частицы попадали в расчетный зазор между валками, определяющими дугу захвата прокатного стана. Этот зазор оставался постоянным от вертикального приемного бункера до расчетного зазора между холодными валками, определяющими дугу захвата прокатного стана. Дуга захвата вращающихся холодных валков втягивала горячие плакирующие листы вместе с частицами в зону деформации, в которой происходило частичное охлаждение, уплотнение частиц и их прессование со степенью деформации от 5 до 10%. Частицы заполняли зазор между листами по всей длине от вертикального приемного бункера до замка под валками и, проходя зону вертикального желоба, под действием подключенной к нему вибросистеме уплотнялись до плотности утряски 1.6-1.7 г/см². Одновременно уплотненные частицы, проходя по вертикальному желобу, подогревали до 500-530^oС. Когда зазор между плакирующими алюминиевыми листами был засыпан частицами, включали прокатный стан и всю синхронизированную систему подачи частиц. Зазор в очаге деформации 6 мм. Толщина плакирующего листа из алюминия - 1 мм. Толщина получаемого листа из дробленых частиц сплава Д16 составляет около 4 мм. Расчетный зазор между плакирующими листами обеспечил пластическую деформацию 5%. Зазор между валками, в который входит приемный бункер прокатного стана, должен быть увеличен на толщину двух листов алюминия. Все агрегаты, по которым двигались частицы, обеспечивали синхронное непрерывное поступление частиц к прокатному стану, сохраняя постоянство объемно-весовых и температурных параметров технологического процесса. При попадании охлажденных частиц сплава, но имеющих температуру 450^oC, в замкнутое пространство очага деформации с удельным давлением от 300 до 600 МПа происходит горячее непрерывное компактирование (отн. плотность 0.98-0.99). На прокатном стане было непрерывно продеформировано до 300 кг частиц сплава Д16 до получения плакированного листа. На ножницах за прокатным станом горячепрессованный плакированный лист разрезали на заготовки. В результате условий непрерывного прессования частиц сплава Д16, плакированных алюминием, получали непрерывный лист шириной до 120 мм, который на ножницах резали на длину 1000 мм. В итоге получали листы из Д16, плакированные с двух сторон алюминием толщиной 1 мм. Толщина плакирующего алюминия или алюминиевого сплава может быть выбрана от 0.3 до 1 и более.Particles 1.0-4.5 mm in size obtained by crushing waste aluminum alloy D16 of the Al-Cu-Mg-Mn system (liquidus temperature of the alloy is 640-645 ^o С, the temperature of formation of equilibrium low-melting eutectic is 505-510 ^o С), in an amount of 300 kg, they are poured into the hopper , then through a special batcher crushed particles of alloy D16 in an even layer with a bulk density of 1.30-1.36 g / cm ^{3 were} scattered on the conveyor belt of the heating furnace. The particles were heated in a furnace with a nitrogen medium at a temperature of 500-530 ^o C. Heated particles were poured onto moving on both sides hot aluminum sheets (450 ^o C) 1 mm thick and 120 mm wide. The aluminum sheets installed in the coils were previously passed through a heating device, allowing the sheets to be heated to 450 ^o C, then they entered from both sides into the receiving funnel of a vertical rectangular trough and pressed against its inner walls. Thus, the contact of the moving sheets with the walls of the vertical trough, which is connected to the vibrosystem, was made. Then, the aluminum sheets were pulled along the receiving hopper of the powder rolling mill and introduced into the zone of the roll deformation zone, forming the width of the hot-pressed sheet. The ends of the sheets emerging from the rectangular creek of the rolls were bent into the castle along their width. When the cladding sheet line was assembled, hot particles from the D16 alloy began to be poured into the receiving hopper, from which the particles were poured into the calculated gap between the aluminum sheets. Next, hot particles from the D16 alloy together with cladding sheets entered the receiving hopper of the rolling mill, from which the particles fell into the design gap between the rollers defining the arc of capture of the rolling mill. This gap remained constant from the vertical receiving hopper to the design gap between the cold rolls defining the arc of capture of the rolling mill. The capture arc of the rotating cold rolls pulled the hot clad sheets together with the particles into the deformation zone, in which partial cooling, compaction of the particles and their compaction with a degree of deformation of 5 to 10% took place. The particles filled the gap between the sheets along the entire length from the vertical receiving hopper to the lock under the rollers and, passing the vertical trough zone, were compacted to a shaking density of 1.6-1.7 g / cm ² under the action of the connected vibro-system. At the same time, the compacted particles passing through the vertical groove were heated to 500-530 ^o C. When the gap between the cladding aluminum sheets was filled with particles, the rolling mill and the entire synchronized particle supply system were turned on. The gap in the deformation zone is 6 mm. The thickness of the cladding sheet of aluminum is 1 mm. The thickness of the resulting sheet of crushed particles of alloy D16 is about 4 mm. The calculated gap between the cladding sheets ensured a plastic deformation of 5%. The gap between the rolls, which includes the receiving hopper of the rolling mill, should be increased by the thickness of two sheets of aluminum. All the aggregates along which the particles moved provided synchronous continuous flow of particles to the rolling mill, while maintaining the constant volume-weight and temperature parameters of the process. When cooled alloy particles, but having a temperature of 450 ^o C, get into the confined space of the deformation zone with a specific pressure of 300 to 600 MPa, hot continuous compaction occurs (rel. Density 0.98-0.99). At the rolling mill, up to 300 kg of D16 alloy particles were continuously deformed to obtain a clad sheet. On scissors behind the rolling mill, a hot-pressed clad sheet was cut into blanks. As a result of the conditions of continuous pressing of particles of alloy D16 clad with aluminum, a continuous sheet was obtained with a width of up to 120 mm, which was cut to a length of 1000 mm on scissors. As a result, sheets of D16 were obtained, clad on both sides with aluminum 1 mm thick. The thickness of the cladding aluminum or aluminum alloy can be selected from 0.3 to 1 or more.

Температура нагрева частиц алюминиевых сплавов перед прокаткой для получения стандартных свойств сплава из дешевых дробленых отходов должна соответствовать твердому высокопластичному состоянию, т.е. на 20-50^oС ниже температуры образования легкоплавкой эвтектики. Рекомендованные высокие температуры нагрева частиц сплавов, превышающие температуру появления легкоплавких эвтектик, по предлагаемой заявке вызваны основным условием: холодными валками, с которых всегда начинается процесс прокатки. Поэтому перегрев частиц, поступающих на прокатный стан, во-первых, позволяет осуществить получение необходимых по свойствам горячепрессованных листов как с плакировкой, так и без плакировки. Во-вторых, при подаче перегретых частиц в валки прокатного порошкового стана происходит нагрев поверхности валков за счет передачи тепла от массы прокатываемых частиц. При нагреве поверхности валков до температуры даже 150^oС уменьшается градиент температур между температурой валков и температурой нагреваемых частиц. Для получения температуры частиц в очаге деформации 450^oC температуру нагрева частиц в печи можно уменьшить до 500^oС. Эта температура, при которой отсутствует жидкая фаза в виде легкоплавкой эвтектики в частицах сплава, обеспечивает развитие процесса горячего компактирования при новых структурных состояниях в частицах. Поэтому для осуществления оптимальных условий ведения процесса как для порошков, так и для частиц с экономически и технически выгодными показателями следует в начальный период для разогрева валков вести прокатку с использованием перегретых отходов из пластичных однофазных сплавов до 600^oС. При нагреве поверхности валков до 100-150^oС на конвейере печи изменяли состав подаваемого материала, например засыпали порошки, устанавливали температуры нагрева не 500-530^oС, а 490-500^oС. При этих температурах уже снижается интенсивность разложения TiH₂ при полном сохранении свойств горячекомпактируемых листов, т. к. процесс компактирования проходит при оптимальных температурах 430-460^oС.The temperature of heating the particles of aluminum alloys before rolling in order to obtain standard properties of the alloy from cheap crushed waste should correspond to a solid highly plastic state, i.e. 20-50 ^o C below the temperature of the formation of low-melting eutectic. The recommended high heating temperatures of alloy particles, exceeding the temperature of occurrence of fusible eutectics, according to the proposed application are caused by the main condition: cold rolls, from which the rolling process always starts. Therefore, overheating of the particles entering the rolling mill, firstly, allows to obtain the necessary properties of the hot-pressed sheets with plating, and without plating. Secondly, when superheated particles are fed into the rolls of the rolling powder mill, the surface of the rolls is heated due to heat transfer from the mass of the rolled particles. When heating the surface of the rolls to a temperature of even 150 ^o With decreases the temperature gradient between the temperature of the rolls and the temperature of the heated particles. To obtain the particle temperature in the deformation zone of 450 ^o C, the heating temperature of the particles in the furnace can be reduced to 500 ^o C. This temperature, at which there is no liquid phase in the form of a low-melting eutectic in the alloy particles, provides the development of the process of hot compaction under new structural states in the particles. Therefore, in order to implement optimal process conditions for both powders and particles with economically and technically advantageous indicators, it is necessary to conduct rolling using superheated waste from plastic single-phase alloys up to 600 ^o C. in the initial period for heating the rolls. When heating the surface of the rolls to 100- At 150 ^° C, the composition of the feed material was changed on the furnace conveyor, for example, powders were poured, heating temperatures of not 500-530 ^° C, but 490-500 ^° C were set. At these temperatures, the decomposition rate of TiH ₂ already decreases full preservation of the properties of hot-compacted sheets, since the compacting process takes place at optimal temperatures of 430-460 ^o C.

В результате, при правильно выбранных технологических параметрах формируются плотные (0.97-0.99 отн. плотность) непрерывные горячекомпактированные листы из порошков и горячепрессованные листы из дробленых частиц следующих толщин от 3.0 мм до 10 мм. As a result, with correctly selected technological parameters, dense (0.97-0.99 rel. Density) continuous hot-compacted sheets of powders and hot-pressed sheets of crushed particles of the following thicknesses from 3.0 mm to 10 mm are formed.

Описанные примеры реализации изобретения в соответствии со всеми вариантами способа обеспечивают возможность реализации назначения изобретения и достижения указанного выше технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, но при этом не исчерпывает всех возможностей осуществления изобретения, охарактеризованного совокупностью признаков, приведенных в формуле изобретения. The described examples of implementing the invention in accordance with all variants of the method provide the possibility of realizing the purpose of the invention and achieving the above technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies, but it does not exhaust all the possibilities of carrying out the invention, characterized by a combination of features given in the formula inventions.

Claims

1. A method of producing porous semi-finished products from aluminum alloy powders, comprising mixing an aluminum alloy powder with porophores with a decomposition temperature exceeding the melting temperature of the aluminum alloy powder, filling the resulting mixture into a container, heating the container with a mixture of powders in an inert gas atmosphere, hot compaction, cooling, sheet rolling, cutting the workpiece into measured parts, placing them in a mold with walls of heat-insulating material, subsequent high-temperature heat treatment for I carry out the process of pore formation at the liquidus temperature of the powder alloy and re-cooling, characterized in that when mixing the aluminum alloy powder with porophores, powders of aluminum oxide and hydroxide from 1 to 10% and crushed particles of 0.5-4.5 mm from secondary aluminum alloys, and mixing with crushed particles is carried out in an attritor until a mechanically alloyed powder alloy is obtained, and after heating, a mixture of powders is poured into a vertically located container, providing a simultaneous Vibration compaction and maintaining the temperature of the powder mixture, the powder mixture is fed into a rectangular stream of a rolling mill for continuous hot compaction of horizontally located rolls at a temperature of 430-500 ^o С in a closed stream under the following conditions:
H = h x γ x α,
where N is the solution between the rollers, along the capture arc, mm;
h is the thickness of the resulting sheet, mm;
γ is the powder compaction coefficient;
α is the experimental coefficient of 1.5 ≥ α> 4.5.

2. The method according to p. 1, characterized in that after the pore formation is completed, the mold with the walls of the heat insulating material is moved to the technological space of the furnace at a lower temperature and a flat plate of heat-insulating material not interacting with aluminum is lowered onto the end of the mold, then the mold is removed from the oven, the plate is removed and the aligned upper surface is intensively cooled.

3. The method according to p. 1, characterized in that the plate of heat-insulating material, not interacting with liquid aluminum, is made with technological protrusions forming a response print on the hardened surface.

4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that before the high-temperature processing, a stamped sheet is placed on the bottom of the mold, on which the workpiece is placed, and after moving the mold into the technological space of the furnace with a lower temperature to form the upper surface with response technological protrusions, lower the plate made with given technological projections from a heat-insulating material that does not interact with liquid aluminum, and then the mold is removed from the furnace, the plate is removed and the upper surface is intensively oh azhdayut.

5. The method according to p. 1, characterized in that the crushed waste of aluminum alloys of both pressed and rolled from soft alloys of aluminum AD0, AD1 and its wrought alloys Amts, AD31, AD33, Amg3, Amg5, D16 is used as an aluminum alloy powder , copper, ductile metals and alloys with a particle size of 0.5-4.5 mm.

6. The method according to p. 1, characterized in that when mixing the aluminum alloy powder with porophores in the atritter, additives in the form of crushed particles from aluminum alloys and copper and other ductile metals with a fractional composition of 0.5-2.5 mm are used; 1.0-3.0 mm; 1.5-4.5 mm.

7. The method according to p. 1, characterized in that when mixing crushed waste from aluminum alloys AD0, AD1 and hard deformable alloys Amts, AD31, AD33, Amg3, Amg5, D16, etc., refractory particles are added together with a porophore in the atritor aluminum oxide, boron carbide and silicon carbide with a dispersion of 5-100 microns.

8. The method according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that when mixing the crushed waste of aluminum alloys in an atritter, additives are added to the mixture of refractory particles of intermetallic compounds, for example, NiAl3, NiAl, Cr2A16 and others with a dispersion of 10-1000 μm.

9. The method according to p. 1, characterized in that the decrease in the thickness of the obtained strip during hot compaction is carried out by feeding a mixture of powders between moving steel sheets passed through a vibratory gutter into a stream of a rolling mill.

10. The method according to p. 9, characterized in that in the process of hot compaction of the mixture of powders, it is clad with metal sheets of steel and titanium when a mixture of powders is fed between moving hot sheets passed through a vibratory gutter into a stream of a rolling mill with subsequent bending of the ends of the sheets into the lock while setting the necessary ratio for filling the mixture of powders and increase the temperature of the mixture of powders in the deformation zone to 500-520 ^o C with a degree of deformation of 2-5%.

11. The method according to p. 9, characterized in that in the process of hot compaction of the powder mixture, it is clad with aluminum sheets while feeding the powder mixture between moving hot sheets passed through a vibratory gutter into the stream of the rolling mill with subsequent bending of the ends of the sheets into the lock, the necessary ratios for filling the mixture of powders and maintain the temperature of the mixture of powders in the deformation zone to 430-450 ^o C.

12. The method according to p. 1, characterized in that in the process of hot compaction carry out card cladding by supplying heated in an inert environment packages with clad sheets, for example, titanium and steel with prepared contact surfaces and the welded front end of the package in the creek of the rolling mill at deformations from 3 to 15%.

13. The method according to p. 1, characterized in that due to the sharp difference in the degree of blackness of the side wall of the mold and aluminum, a strip appears above the mold when foaming the workpiece, which allows you to visually determine the end of foaming.