RU2288074C1 - Method for manufacturing semifinished products of aluminum base powder composition material - Google Patents
Method for manufacturing semifinished products of aluminum base powder composition material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2288074C1 RU2288074C1 RU2005126529/02A RU2005126529A RU2288074C1 RU 2288074 C1 RU2288074 C1 RU 2288074C1 RU 2005126529/02 A RU2005126529/02 A RU 2005126529/02A RU 2005126529 A RU2005126529 A RU 2005126529A RU 2288074 C1 RU2288074 C1 RU 2288074C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- degassing
- powder
- vacuum
- stage
- aluminum
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в качестве конструкционного материала в изделиях точного машиностроения, в том числе при создании командных приборов систем управления летательных аппаратов с высокими эксплуатационными характеристиками, в которых требуется сочетание таких свойств изделий, как малый удельный вес, низкий коэффициент линейного расширения (к.л.р.), высокая размерная стабильность и вакуумная плотность. Материал должен быть также экологически чистым.The invention relates to powder metallurgy and can be used as a structural material in precision engineering products, including the creation of command devices for aircraft control systems with high operational characteristics, which require a combination of such product properties as low specific gravity, low linear coefficient expansion (klr), high dimensional stability and vacuum density. The material must also be environmentally friendly.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известен способ изготовления компактного материала, содержащего металлическую матрицу из алюминия или алюминиевых сплавов и частиц твердой армирующей фазы, включающей в себя механическое твердофазное легирование алюминия или алюминиевого сплава в шаровой мельнице в атмосфере азота, стабилизацию легированного порошка (т.е. делают его не пирофорным), смешение стабилизированного порошка с упрочняющими частицами (например, карбидом кремния), засыпку порошковой смеси в контейнер, нагрев и вакуумную откачку контейнера, герметизацию контейнера и последующее его горячее прессование.A known method of manufacturing a compact material containing a metal matrix of aluminum or aluminum alloys and particles of a solid reinforcing phase, including mechanical solid-phase alloying of aluminum or an aluminum alloy in a ball mill in a nitrogen atmosphere, stabilization of the alloyed powder (i.e. make it non-pyrophoric) mixing the stabilized powder with reinforcing particles (for example, silicon carbide), filling the powder mixture into the container, heating and vacuum pumping the container, sealing the container Nera and its subsequent hot pressing.
Недостатком известного способа является высокая энергоемкость и трудоемкость процесса, высокий коэффициент линейного расширения, плохая обрабатываемость и высокая плотность, низкая размерная стабильность (Патент США №4557893, 10.12.85, МПК В 22 Р 1/00). Все это не позволяет получать материал с высокими характеристиками и эксплуатационной надежностью в течение длительного срока службы.The disadvantage of this method is the high energy intensity and the complexity of the process, a high coefficient of linear expansion, poor machinability and high density, low dimensional stability (US Patent No. 4557893, 10.12.85, IPC 22 P 1/00). All this does not allow to obtain material with high characteristics and operational reliability over a long service life.
Известен способ изготовления полуфабрикатов из композиционного материала, включающий получение порошка алюминиевого сплава, введение в него порошка кремния, засыпку порошковой композиционной смеси в капсулы, вакуумную дегазацию, герметизацию и горячее изостатическое прессование (Патент РФ №2174456, МПК В 22 Р 3/15), принятый в качестве наиболее близкого аналога предлагаемого изобретения (прототип).A known method of manufacturing semi-finished products from a composite material, including obtaining aluminum alloy powder, introducing silicon powder into it, filling the powder composite mixture into capsules, vacuum degassing, sealing and hot isostatic pressing (RF Patent No. 2174456, IPC B 22 P 3/15), adopted as the closest analogue of the invention (prototype).
Недостатком известного способа является нестабильность получения заготовок требуемых размеров и требуемого качества, что приводит к повышенному браку и увеличению стоимости материала; невозможности точного контроля окончания процесса дегазации, что приводит к завышенному содержанию газовых примесей в материале и, как следствие, к ухудшению физико-механических характеристик (к.л.р., вакуум-плотности, пластичности и др.). Все это не позволяет получать материал высокого качества, следовательно, обеспечить высокую эксплуатационную надежность материала в течение длительного срока службы.The disadvantage of this method is the instability of obtaining blanks of the required size and quality required, which leads to increased marriage and an increase in the cost of the material; the impossibility of precise control of the end of the degassing process, which leads to an overestimated content of gaseous impurities in the material and, as a result, to a deterioration in the physicomechanical characteristics (cdp, vacuum density, ductility, etc.). All this does not allow to obtain high quality material, therefore, to ensure high operational reliability of the material over a long service life.
Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение материала с однородной мелкодисперсной структурой, высокими физико-механическими свойствами (низким к.л.р., высокой размерной стабильностью и вакуум-плотностью, повышенной технологичностью) и эксплуатационной надежностью материала в течение длительного срока службы, а также расширение номенклатуры и размеров получаемых полуфабрикатов, снижение трудоемкости и энергоемкости технологического процесса.The problem to which the invention is directed, is to obtain a material with a homogeneous fine structure, high physical and mechanical properties (low potency, high dimensional stability and vacuum density, high processability) and operational reliability of the material over a long service life as well as expanding the range and size of the resulting semi-finished products, reducing the complexity and energy intensity of the process.
Для решения поставленной задачи в способе получения полуфабрикатов из порошкового композиционного материала на основе алюминия, включающем получение порошка алюминиевого сплава, введение в него порошка кремния, засыпку полученной порошковой композиционной смеси в капсулы, дегазацию порошковой смеси, герметизацию капсул по окончании процесса дегазации и горячее изостатическое прессование, при этом используют капсулы, изготовленные из чистого алюминия, которые имеют следующие соотношение размеров: диаметр к высоте - не более 1:3, толщина стенки к диаметру - не менее 1:5, а плотность засыпки смеси в капсуле - в пределах 0,62-0,63 относит.; процесс горячей дегазации в вакуумной установке ведут с использованием вакуума или инертного газа при температуре и времени выдержки, обеспечивающих сохранение дисперсности структуры, близкой к исходному состоянию порошковой смеси, а окончание процесса дегазации осуществляют в том случае, если натекание газовых примесей из дегазируемого материала в объем вакуумной установки при вакууме 5×10-5-1×10-5 мм рт.ст. составляет не более 3 л·мк/сек.To solve the problem in a method for producing semi-finished products from a powder composite material based on aluminum, including obtaining an aluminum alloy powder, introducing silicon powder into it, filling the resulting powder composite mixture into capsules, degassing the powder mixture, sealing the capsules at the end of the degassing process, and hot isostatic pressing while using capsules made of pure aluminum, which have the following aspect ratio: diameter to height - not more than 1: 3, thickness a wall-to-diameter - no more than 1: 5, and the bulk density of the mixture in a capsule - within 0,62-0,63 relates .; the hot degassing process in a vacuum installation is carried out using vacuum or an inert gas at a temperature and a holding time that ensure that the dispersion of the structure is close to the initial state of the powder mixture, and the end of the degassing process is carried out if gas impurities flow from the degassed material into the vacuum volume installations under vacuum 5 × 10 -5 -1 × 10 -5 mm Hg makes no more than 3 l · mk / s.
Предлагаемый способ позволяет сохранять в полуфабрикате однородную тонкодисперсную структуру, практически не отличающуюся от структуры исходной порошковой смеси, иметь стабильно минимальное содержание газовых примесей в материале и тем самым обеспечивать высокие физико-механические свойства на полуфабрикатах. Это обеспечивается аналитически-экспериментальным обоснованием выбора оптимальных размеров технологических капсул и плотности засыпки в них композиционной смеси, а также использованием принципиально нового процесса дегазации порошковой смеси. Суть предлагаемого способа заключается в том, что процесс дегазации с целью его оптимизации ведется на определенных стадиях либо в вакууме, либо в среде инертного газа - гелия, так как последний обладает самой высокой проницаемостью по сравнению с другими газами. На первой стадии с целью недопущения дополнительного окисления дегазацию ведут в вакууме. Затем для интенсификации и равномерности прогрева порошковой смеси в объеме всей капсулы процесс дегазации ведут в гелии, за счет чего резко сокращается общее время дегазации и, следовательно, уменьшается температурно-временное воздействие на структурное состояние материала. Кроме того, использование гелия как среды дегазации, особенно в период максимального газоотделения, также существенно ускоряет процесс дегазации и устраняет возможность образования сегрегации газовых примесей в порошковой смеси в объеме капсулы. Последнюю стадию дегазации проводят в вакууме 5×10-5-1×10-5 мм рт.ст. в основном с целью удаления инертного газа (гелия), а также выделяющегося из порошка растворенного водорода. Окончание процесса дегазации проводят в том случае, если натекание газовых примесей из дегазируемого материала в объем вакуумной установки при вакууме 5×10-5-1×10-5 мм рт.ст. составляет не более 3 л·мк/сек. Все это обеспечивает получение материала, структура которого практически соответствует структуре исходного материала, т.е. тонкодисперсные равномерно распределенные в α-твердом растворе выделения первичных кристаллов кремния и интерметаллидных фаз NiAl3, FeAl3, AlN, AlP, что является основным условием для производства изделии из этого материала с высокими эксплуатационными характеристиками и надежностью их работы в течение длительного срока службы.The proposed method allows to preserve a homogeneous finely dispersed structure in the semi-finished product, practically no different from the structure of the initial powder mixture, to have a stable minimum content of gas impurities in the material and thereby provide high physical and mechanical properties on the semi-finished products. This is ensured by the analytical and experimental justification for choosing the optimal sizes of technological capsules and the density of the filling of the composite mixture in them, as well as the use of a fundamentally new process of degassing the powder mixture. The essence of the proposed method lies in the fact that the degassing process for the purpose of its optimization is carried out at certain stages either in a vacuum or in an inert gas medium - helium, since the latter has the highest permeability compared to other gases. In the first stage, in order to prevent additional oxidation, degassing is carried out in a vacuum. Then, for the intensification and uniformity of heating the powder mixture in the volume of the entire capsule, the degassing process is carried out in helium, due to which the total degassing time is sharply reduced and, consequently, the temperature-time effect on the structural state of the material is reduced. In addition, the use of helium as a degassing medium, especially during the period of maximum gas separation, also significantly accelerates the degassing process and eliminates the possibility of segregation of gas impurities in the powder mixture in the capsule volume. The last stage of degassing is carried out in vacuum 5 × 10 -5 -1 × 10 -5 mm Hg mainly to remove inert gas (helium), as well as dissolved hydrogen released from the powder. The end of the degassing process is carried out in the event that the leakage of gas impurities from the degassed material into the volume of the vacuum installation at a vacuum of 5 × 10 -5 -1 × 10 -5 mm Hg makes no more than 3 l · mk / s. All this ensures the production of a material whose structure practically corresponds to the structure of the starting material, i.e. finely dispersed evenly distributed in the α-solid solution precipitates of primary silicon crystals and intermetallic phases NiAl 3 , FeAl 3 , AlN, AlP, which is the main condition for the production of an article from this material with high performance characteristics and their reliability over a long service life.
Описание вариантов воплощения изобретенияDescription of Embodiments
Предлагаемый способ получения полуфабрикатов из порошкового композиционного материала на основе алюминия был опробован на трех составах композиционного материала.The proposed method for producing semi-finished products from a powder composite material based on aluminum was tested on three compositions of the composite material.
Пример 1. В порошок сплава на основе алюминия (содержащий 27% кремния, 4,6% никеля, 0,075% фосфора, 0,03% нитрида алюминия - порошковая композиционная смесь №1), размер частиц которого был не более 60 мкм, вводили порошок кремния, размер частиц которого был также не более 60 мкм, в соотношении 3,76:1. Смесь №1 засыпали в герметичные технологические капсулы, изготовленные из чистого алюминия, при следующем соотношении размеров: диаметр к высоте - не более 1:3, толщина стенки к диаметру - не менее 1:5, а плотность засыпки смеси в капсуле - в пределах 0,62-0,63 относит., с одновременным уплотнением до плотности 1,62-1,65 г/см3 (0,62-0,63 относит.). Капсулы с порошковой композиционной смесью помещали в вакуумную нагревательную установку и производили дегазацию с использованием вакуума и инертного газа при температуре и времени выдержки, обеспечивающих сохранение дисперсности структуры, близкой к исходному состоянию порошковой смеси При этом окончание процесса дегазации осуществляли после того, как натекание газовых примесей из дегазируемого материала в объем вакуумной установки при вакууме 5×10-5-1×10-5 мм рт.ст. составлял не более 3 л·мк/сек. По окончании процесса дегазации без изменения параметров вакуума и температуры проводили герметизацию капсул. Процесс горячего изостатического прессования загерметизированных капсул проводили в газостате при 520°С с усилием 1100 ати и выдержке 3 ч. Полученные заготовки подвергали механической обработке с целью удаления технологической алюминиевой капсулы.Example 1. In a powder of an aluminum-based alloy (containing 27% silicon, 4.6% nickel, 0.075% phosphorus, 0.03% aluminum nitride — powder composition mixture No. 1), the particle size of which was not more than 60 μm, the powder was introduced silicon, the particle size of which was also not more than 60 microns, in a ratio of 3.76: 1. Mixture No. 1 was poured into sealed technological capsules made of pure aluminum, with the following aspect ratio: diameter to height - not more than 1: 3, wall thickness to diameter - not less than 1: 5, and the density of the mixture in the capsule was within 0 , 62-0.63 rel., With simultaneous compaction to a density of 1.62-1.65 g / cm 3 (0.62-0.63 rel.). Capsules with the powder composite mixture were placed in a vacuum heating unit and degassed using vacuum and inert gas at a temperature and holding time, which ensured that the dispersion of the structure was close to the initial state of the powder mixture. At the same time, the end of the degassing process was carried out after gas impurities from degassed material in the volume of the vacuum installation under vacuum 5 × 10 -5 -1 × 10 -5 mm RT.article amounted to no more than 3 l · μ / s. At the end of the degassing process without changing the parameters of the vacuum and temperature, the capsules were sealed. The process of hot isostatic pressing of sealed capsules was carried out in a gas bath at 520 ° C with a force of 1100 ati and holding for 3 hours. The resulting blanks were machined to remove a process aluminum capsule.
Пример 2. В порошок сплава САС1-50, легированного бериллием (0,03% Ве) и оксидом алюминия (2,2% Al2О3), вводили порошок кремния в соотношении 4:1 - порошковая композиционная смесь №2. Режимы последующей обработки приготовленной смеси №2 до получения компактной заготовки проводили в соответствии с примером 1.Example 2. In a powder of an alloy CAC1-50, doped with beryllium (0.03% Be) and aluminum oxide (2.2% Al 2 O 3 ), silicon powder was introduced in a ratio of 4: 1 — powder composition mixture No. 2. The modes of subsequent processing of the prepared mixture No. 2 to obtain a compact billet was carried out in accordance with example 1.
Пример 3. В порошок сплава САС1-50 вводили порошок нитрида кремния в соотношении 6:1 - порошковая композиционная смесь №3. Режимы и схемы последующей обработки приготовленной смеси №3 до получения компактной заготовки проводили в соответствии с примером 1. Помимо указанных примеров эти же три композиционных материала были получены по известному способу.Example 3. In a powder of an alloy CAC1-50 was introduced a powder of silicon nitride in a ratio of 6: 1 - powder composite mixture No. 3. Modes and schemes for subsequent processing of the prepared mixture No. 3 to obtain a compact billet was carried out in accordance with example 1. In addition to these examples, the same three composite materials were obtained by a known method.
Данные анализа физико-механических свойств порошковых композиционных материалов, полученных в соответствии с примерами 1-3 приведены в таблице, также в таблице представлены свойства материалов, полученных по известному из прототипа способу с тем же набором компонентов, что и в примерах 1-3. Из анализа результатов, приведенных в таблице, можно сделать вывод, что наилучший технический результат достигается при использовании предлагаемого способа, который позволяет получать материал со структурой, практически соответствующей исходному материалу, т.е. тонкодисперсные равномерно распределенные в α-твердом растворе выделения первичных кристаллов кремния (в основном глобулярной формы) и интерметаллидных фаз NiAl3, FeAl3, AlN, AlP, которые являются определяющими при обеспечении высоких физико-механических характеристик материала.The data of the analysis of the physicomechanical properties of powder composite materials obtained in accordance with examples 1-3 are shown in the table, also the table shows the properties of materials obtained by the method known from the prototype with the same set of components as in examples 1-3. From an analysis of the results shown in the table, we can conclude that the best technical result is achieved using the proposed method, which allows you to get a material with a structure that is practically consistent with the starting material, i.e. finely dispersed evenly distributed in the α-solid solution precipitates of primary silicon crystals (mainly globular in shape) and intermetallic phases NiAl 3 , FeAl 3 , AlN, AlP, which are decisive in ensuring high physical and mechanical characteristics of the material.
Таким образом, используя предлагаемый способ, получаем материал: с высоким модулем упругости, низким коэффициентом линейного расширения, повышенными прочностными и пластическими характеристиками, низким значением газовых примесей, высокой размерной стабильностью и вакуум-плотностью, улучшенной обрабатываемостью. Помимо отмеченного, получаемый по данному способу материал обладает минимальным отношением к.л.р. к теплопроводности (α/λ), что является свидетельством минимальных температурных деформаций и напряжений, возникающих в изделиях под воздействием колебаний температуры в условиях эксплуатации и хранения.Thus, using the proposed method, we obtain a material: with a high modulus of elasticity, a low coefficient of linear expansion, increased strength and plastic characteristics, low gas impurities, high dimensional stability and vacuum density, improved machinability. In addition to the above, the material obtained by this method has a minimal ratio of to thermal conductivity (α / λ), which is evidence of minimal temperature deformations and stresses that occur in products under the influence of temperature fluctuations during operation and storage.
Все это гарантирует высокие эксплуатационные характеристики и высокую надежность работы изделий из этого материала в течение длительного срока службы. Кроме того, материал с указанными характеристиками позволяет расширить номенклатуру получаемых полуфабрикатов, снизить себестоимость их изготовления и значительно расширить области их использования.All this guarantees high performance and high reliability of products made from this material over a long service life. In addition, a material with the specified characteristics allows you to expand the range of semi-finished products, reduce the cost of their manufacture and significantly expand the scope of their use.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ПОРОШКОВОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯTable
METHOD FOR PRODUCING SEMI-FINISHED PRODUCTS FROM POWDER COMPOSITE MATERIAL BASED ON ALUMINUM
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005126529/02A RU2288074C1 (en) | 2005-08-22 | 2005-08-22 | Method for manufacturing semifinished products of aluminum base powder composition material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005126529/02A RU2288074C1 (en) | 2005-08-22 | 2005-08-22 | Method for manufacturing semifinished products of aluminum base powder composition material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2288074C1 true RU2288074C1 (en) | 2006-11-27 |
Family
ID=37664347
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005126529/02A RU2288074C1 (en) | 2005-08-22 | 2005-08-22 | Method for manufacturing semifinished products of aluminum base powder composition material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2288074C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650375C1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-04-11 | Открытое акционерное общество "Композит" | Installation for producing hermetic capsules with metal powder for hot isostatic pressing (hip) of articles and a method of obtaining hermetic capsules with metal powder for hip articles |
-
2005
- 2005-08-22 RU RU2005126529/02A patent/RU2288074C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650375C1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-04-11 | Открытое акционерное общество "Композит" | Installation for producing hermetic capsules with metal powder for hot isostatic pressing (hip) of articles and a method of obtaining hermetic capsules with metal powder for hip articles |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107739950B (en) | WC-Co-cBN composite hard alloy and preparation method thereof | |
US5098469A (en) | Powder metal process for producing multiphase NI-AL-TI intermetallic alloys | |
US7771506B2 (en) | Spongy sintered article of titanium or titanium alloy exhibiting excellent compression strength | |
WO2009122709A1 (en) | R-t-b-type sintered magnet and method for production thereof | |
CN108251695B (en) | Preparation method of titanium-aluminum-niobium-zirconium-molybdenum alloy | |
CN110396632A (en) | A kind of Ti (C, N) based ceramic metal and preparation method thereof with homogeneous ring core structure | |
CN111705252A (en) | Al (aluminum)2O3Nano-particle reinforced CrCoNi intermediate entropy alloy-based composite material and preparation method thereof | |
Lin et al. | Swelling of copper powders during sintering of heat pipes in hydrogen-containing atmospheres | |
Karaman et al. | Nanoparticle consolidation using equal channel angular extrusion at room temperature | |
Li et al. | Microstructure and mechanical properties of Al2O3 dispersed fine-grained medium heavy alloys with a superior combination of strength and ductility | |
CN101007350B (en) | Method for manufacturing high density semi-products or elements | |
RU2288074C1 (en) | Method for manufacturing semifinished products of aluminum base powder composition material | |
KR100764902B1 (en) | Uranium aluminide nuclear fuel and preparation method thereof | |
CN112410634B (en) | Alloying powder, tungsten-based alloy, preparation method thereof and stirring tool | |
RU2444418C1 (en) | Method of producing sintered porous articles from tungsten-base pseudoalloy | |
CN108165789A (en) | A kind of static pressure infiltration preparation method of molybdenum-copper plate | |
CN111763843A (en) | Preparation method of multi-element doped high-specific gravity tungsten copper nickel alloy and prepared high-specific gravity tungsten copper nickel alloy | |
Yavuz et al. | A comprehensive study on using expanded silica gel size as hollow sphere material in different aluminum alloy-based syntactic foams | |
CN114315358B (en) | Fully-compact binderless tungsten carbide ceramic and preparation method thereof | |
Saberi et al. | High porosity micro-and macro-cellular copper foams with semi-open cell microstructure toward its physical and mechanical properties | |
CN114907129A (en) | Preparation method of low-dielectric-constant and high-strength silicon nitride | |
Prosviryakov et al. | On the Effect of the Oxidative Milling of Matrix Powder on the Structure and Properties of Aluminum Foam Based on the Al–12Si Alloy | |
RU2174456C1 (en) | Method of production of semifinished goods from composite material with low linear expansion coefficient | |
FANG et al. | Preparation of bulk ultrafine-grained Mg-3Al-Zn alloys by consolidation of ball milling nanocrystalline powders | |
RU2288292C1 (en) | Aluminum-based powder composite mixture and method of production of such mixture |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20220325 |