UA78370U - Method for producing of aluminium matrix composition materials - Google Patents

Method for producing of aluminium matrix composition materials Download PDF

Info

Publication number
UA78370U
UA78370U UAU201212632U UAU201212632U UA78370U UA 78370 U UA78370 U UA 78370U UA U201212632 U UAU201212632 U UA U201212632U UA U201212632 U UAU201212632 U UA U201212632U UA 78370 U UA78370 U UA 78370U
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
ligature
aluminum
powder
grinding
powders
Prior art date
Application number
UAU201212632U
Other languages
Russian (ru)
Ukrainian (uk)
Inventor
Геннадий Анатольевич Баглюк
Юлия Александровна Шишкина
Original Assignee
Институт Проблем Материаловедения Им. И.М. Францевича Нан Украины
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт Проблем Материаловедения Им. И.М. Францевича Нан Украины filed Critical Институт Проблем Материаловедения Им. И.М. Францевича Нан Украины
Priority to UAU201212632U priority Critical patent/UA78370U/en
Publication of UA78370U publication Critical patent/UA78370U/en

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

A method for aluminium matrix composition materials comprises the operations of thermal synthesis of addition alloy with mechanical mix of powders of aluminium, titanium and carbon, grinding and introduction into matrix material, pressing of blanks and further heating and hot forming.

Description

Корисна модель належить до порошкової металургії, а саме - технології виготовлення металоматричних композиційних матеріалів (КМ) на основі алюмінію і може бути використана для одержання деталей конструкційного призначення в автомобіле-, ракетобудуванні, авіаційній техніці, тощо.The useful model belongs to powder metallurgy, namely - the technology of manufacturing metal matrix composite materials (CM) based on aluminum and can be used to obtain structural parts in the automotive, rocket, aviation, etc.

Відомий спосіб отримання литого композиційного матеріалу на основі алюмінієвих сплавів, що включає механічне замішування дискретних керамічних частинок зміцнюючої фази в алюмінієвий розплав, перемішування розплаву та його рідке штампування (Патент РФ 2136774 від 10.09.1999 р., МПК" С22С 1/10, С22С 21/00).There is a known method of obtaining a cast composite material based on aluminum alloys, which includes mechanical mixing of discrete ceramic particles of the strengthening phase into the aluminum melt, mixing of the melt and its liquid stamping (RF Patent 2136774 dated 10.09.1999, IPC" С22С 1/10, С22С 21 /00).

Недоліком відомого способу є неможливість рівномірного розподілу дисперсних частинок твердої фази в розплаві, що призводить до появи значної кількості осередків їх локальної конгламерації.The disadvantage of the known method is the impossibility of uniform distribution of dispersed particles of the solid phase in the melt, which leads to the appearance of a significant number of cells of their local conglomeration.

Відомий спосіб одержання алюмоматричних композиційних матеріалів, який включає підготовку суміші порошку матричного матеріалу та керамічних часток, механічне легування суміші, дегазацію у вакууму, брикетування заготовок та їх гарячу екструзію (Патент РФ 2246379 від 20.02.2005 р., МПК" В22Е 3/22, С22С 1/05).There is a known method of obtaining alumino-matrix composite materials, which includes the preparation of a mixture of matrix material powder and ceramic particles, mechanical alloying of the mixture, degassing in a vacuum, briquetting of blanks and their hot extrusion (RF Patent 2246379 dated 20.02.2005, MPK" В22Е 3/22, C22C 1/05).

Недоліком відомого способу є, те що при механічному легуванні через високу спорідненість алюмінію до кисню відбувається його інтенсивне окислення, що призводить до формування окисної плівки між керамічними частками (карбіди титану, кремнію) та металевою зв'язкою. В той же час, відсутність рідкофазної складової при подальшій обробці пресовок з такого порошку обумовлює недостатній рівень адгезійної міцності між частинками твердої фази та матричної складової. Це призводить до суттєвого зниження механічних властивостей отриманого матеріалу.The disadvantage of the known method is that during mechanical alloying, due to the high affinity of aluminum to oxygen, its intense oxidation occurs, which leads to the formation of an oxide film between ceramic particles (titanium carbides, silicon) and the metal bond. At the same time, the absence of a liquid-phase component during further processing of the pressings from such a powder causes an insufficient level of adhesive strength between the particles of the solid phase and the matrix component. This leads to a significant decrease in the mechanical properties of the obtained material.

Відомий спосіб одержання дисперсно-зміцнених композиційних матеріалів, що включає підготовку шихти шляхом змішування порошків алюмінію, титану та вуглецю, пресування заготовок та їх спікання (Патент США Мо4710348; 01.01.1987 р., МПК" С22С 1/00).There is a known method of obtaining dispersion-reinforced composite materials, which includes the preparation of the charge by mixing aluminum, titanium and carbon powders, pressing the blanks and sintering them (US Patent Mo4710348; 01.01.1987, IPC" С22С 1/00).

Недоліком відомого способу є понижена щільність спечених матеріалів, обумовлена як реалізацією екзотермічних ефектів при нагріві суміші відповідних порошків, що призводить до появи вторинної пористості в пресовках, так і відсутністю додаткової обробки тиском спечених пористих пресовок.The disadvantage of the known method is the reduced density of sintered materials, which is due to both the realization of exothermic effects when heating the mixture of the corresponding powders, which leads to the appearance of secondary porosity in the presses, and the lack of additional pressure treatment of the sintered porous presses.

Зо Найбільш близьким аналогом є спосіб одержання алюмоматричних композиційних матеріалів, що включає операцію термічного синтезу лігатури з механічної суміші порошків алюмінію, титану та вуглецю, що складається з частинок карбіду титану, рівномірно розподілених в алюмінієвій матричній фазі, подрібнення отриманої губки, її введення в алюмінієвий розплав та лиття заготовок (Патент США 4751048; 14.06.1988 р., МПК"С22С 11/10).The closest analogue is the method of obtaining alumino-matrix composite materials, which includes the operation of thermal synthesis of a ligature from a mechanical mixture of aluminum, titanium and carbon powders, consisting of titanium carbide particles evenly distributed in the aluminum matrix phase, grinding of the resulting sponge, its introduction into the aluminum melt and casting blanks (US Patent 4751048; 14.06.1988, IPC"С22С 11/10).

Недоліком відомого способу є те, що відносно тривалий контакт часток карбіду титану з брикетів лігатури з алюмінієвим розплавом призводить до формування деякої кількості крихкої фази АїСз, наявність якої окрихчує матеріал відливки та значно погіршує основні фізико- механічні та експлуатаційні властивості матеріалу. Крім того, наявність значної кількості частокThe disadvantage of the known method is that the relatively long contact of the titanium carbide particles from the ligature briquettes with the aluminum melt leads to the formation of a certain amount of brittle AiSz phase, the presence of which crumbles the casting material and significantly worsens the main physico-mechanical and operational properties of the material. In addition, the presence of a significant number of particles

АІ«Сз підвищує в'язкість розплаву, ускладнює процес лиття та погіршує якість відливок (особливо при отриманні відливок складної форми та відливок з тонкими стінками) (Сіупе Т.М.AI"Sz increases the viscosity of the melt, complicates the casting process and deteriorates the quality of castings (especially when producing castings of complex shape and castings with thin walls) (Siupe T.M.

Меїа! Майіх Сотрозіїез: Маїгісе5 апа Ргосеввіпу / ТУ. СіІупе // МаїегіаІ5 Кезеагсн.-2001. - Мої. 9. - Мо 4. - Р. 357-372).Meia! Maiikh Sotroziiez: Maiighise5 apa Rgosevvipu / TU. SiIupe // MayegiaI5 Kezeagsn.-2001. - Mine. 9. - Mo. 4. - R. 357-372).

В основу корисної моделі "Спосіб одержання алюмоматричних композиційних матеріалів", який включає операції термічного синтезу лігатури з механічної суміші порошків алюмінію, титану та вуглецю, подрібнення та введення в матричний матеріал, поставлено задачу підвищення фізико-механічних характеристик композиту. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що подрібнення лігатури проводять до отримання порошків з максимальним розміром частинок менше 5 мікрон, а введення отриманого порошку лігатури в матричний матеріал проводять шляхом його змішування з порошком алюмінію або сплаву на основі алюмінію; із отриманої суміші пресують заготовки, здійснюють їх нагрів в атмосфері захисного газу та проводять їх наступне гаряче штампування в штампі, що забезпечує в процесі штампування реалізацію деформацій зсуву матеріалу заготовки.The basis of the useful model "Method of production of alumino-matrix composite materials", which includes operations of thermal synthesis of a ligature from a mechanical mixture of aluminum, titanium and carbon powders, grinding and introduction into the matrix material, is the task of improving the physical and mechanical characteristics of the composite. The task is solved due to the fact that the grinding of the ligature is carried out to obtain powders with a maximum particle size of less than 5 microns, and the introduction of the obtained ligature powder into the matrix material is carried out by mixing it with aluminum powder or an aluminum-based alloy; blanks are pressed from the obtained mixture, they are heated in an atmosphere of protective gas, and their subsequent hot stamping is carried out in a die, which ensures the realization of shear deformations of the workpiece material during the stamping process.

Суть корисної моделі полягає в том, що спосіб одержання алюмоматричних композиційних матеріалів включає операції термічного синтезу лігатури з механічної суміші порошків алюмінію, титану та вуглецю, її подрібнення та введення в матричний матеріал. Подрібнення лігатури проводять до отримання порошків з максимальним розміром частинок менше 5 мікрон.The essence of the useful model is that the method of obtaining alumino-matrix composite materials includes operations of thermal synthesis of a ligature from a mechanical mixture of aluminum, titanium and carbon powders, its grinding and introduction into the matrix material. Grinding of the ligature is carried out to obtain powders with a maximum particle size of less than 5 microns.

Введення отриманого порошку лігатури в матричний матеріал проводять шляхом його змішування з порошком алюмінію або сплаву на основі алюмінію. Здійснюється пресовка заготівок із отриманої суміші та їх подальший нагрів в атмосфері захисного газу. Наступне бо гаряче штампування реалізує деформацію зсуву в об'ємі матеріалу.The introduction of the obtained ligature powder into the matrix material is carried out by mixing it with aluminum powder or aluminum-based alloy. The blanks are pressed from the obtained mixture and their subsequent heating in an atmosphere of protective gas. Next, hot stamping implements shear deformation in the volume of the material.

Спосіб здійснюється наступним чином.The method is carried out as follows.

Порошки алюмінію, титану та вуглецю при стехіометричному співвідношенні мас титану та вуглецю (близько 80:20) змішують та пресують у брикети під тиском 200-500 МПа. Термічний синтез лігатур проводять шляхом нагріву та витримки при температурі 800--1000 2 у печі із захисним газовим середовищем. Після синтезу та охолодження брикети лігатури вміщують у розмельний пристрій (планетарний млин, атритор, вібромлин, тощо) разом з розмельними кулями, заливають захисною рідиною (ацетон, етиловий спирт, бензин та ін.), що забезпечує захист часток порошків від окислення та інтенсифікує процес розмелу, та проводять процес розмелу при режимах, що забезпечують отримання порошків лігатури розміром до 5 мкм. Після розмелу проводять сушіння порошку та наступне його змішування з порошком алюмінію.Powders of aluminum, titanium and carbon with a stoichiometric ratio of the masses of titanium and carbon (about 80:20) are mixed and pressed into briquettes under a pressure of 200-500 MPa. Thermal synthesis of ligatures is carried out by heating and holding at a temperature of 800--1000 2 in a furnace with a protective gas environment. After synthesis and cooling, the ligature briquettes are placed in a grinding device (planetary mill, attritor, vibromill, etc.) together with grinding balls, filled with a protective liquid (acetone, ethyl alcohol, gasoline, etc.), which provides protection of powder particles from oxidation and intensifies the process grinding, and the grinding process is carried out at modes that ensure obtaining ligature powders up to 5 μm in size. After grinding, the powder is dried and then mixed with aluminum powder.

Максимальний розмір часток порошків лігатури обумовлений необхідністю забезпечення рівномірного розподілення останніх на поверхні часток порошку алюмінію або сплаву, середній розмір яких складає 20-60 мкм, в процесі змішування та подальшої обробки.The maximum particle size of ligature powders is determined by the need to ensure uniform distribution of the last particles of aluminum or alloy powder, the average size of which is 20-60 μm, on the surface during mixing and further processing.

Вміст складу лігатури в суміші вибирають таким чином, щоб забезпечити загальний вміст в масі композиту карбіду титану, що виділився при синтезі лігатури, 3--15 Об.The content of the composition of the ligature in the mixture is chosen in such a way as to ensure the total content in the mass of the titanium carbide composite, which was released during the synthesis of the ligature, 3--15 Vol.

Суміш порошків алюмінію та лігатури пресують під тиском 300-500 МПа, нагрівають в середовищі захисного газу та піддають гарячому штампуванню для отримання (деталей) заготовок відповідної форми та розмірів. В процесі гарячого штампування необхідно забезпечити реалізацію деформації зсуву матеріалу заготовки для підвищення рівня міжчасткової міцності та подрібнення структури матеріалу.A mixture of aluminum powders and ligatures is pressed under a pressure of 300-500 MPa, heated in a protective gas environment and subjected to hot stamping to obtain (parts) blanks of the appropriate shape and size. In the process of hot stamping, it is necessary to ensure the implementation of shear deformation of the workpiece material to increase the level of interparticle strength and grind the material structure.

Гаряча обробка тиском дозволяє досягти високої щільності матеріалу композиту в поєднанні з дрібнозернистою структурою, що утворюється за рахунок використання відносно низької температури обробки у порівнянні з ливарною технологією, що використовується у найближчому аналозі.Hot pressure processing allows you to achieve a high density of the composite material in combination with a fine-grained structure, which is formed due to the use of a relatively low processing temperature compared to the casting technology used in the closest analogue.

Для експериментального підтвердження заявленого способу був проведений термічний синтез лігатури з суміші порошків, які змішали в пропорції АЇ - 45 95, Ті - 44 Ув, "С - 11 95), що забезпечує утворення після проведення синтезу близько 50-55 95 (мас.) зміцнюючої фази Тіс.In order to experimentally confirm the claimed method, a thermal synthesis of a ligature was carried out from a mixture of powders, which were mixed in the proportion of AI - 45 95, Ti - 44 Uv, "С - 11 95), which ensures the formation after the synthesis of about 50-55 95 (wt.) strengthening phase Tis.

Для проведення синтезу із суміші порошків під тиском 500 МПа пресували брикети, які спікали в атмосфері аргону при 900 С. З використанням отриманої лігатури були виготовлені зразкиTo carry out the synthesis, briquettes were pressed from a mixture of powders under a pressure of 500 MPa, which were sintered in an argon atmosphere at 900 C. Using the obtained ligature, samples were made

Зо алюмоматричних композитів відповідно до способу аналога брикети лігатури подрібнювали та вводили (10, 15 та 20 95 (мас.)) в розплав алюмінію при температурі останнього 800 "С. Розплав з карбідовміщуючою лігатурою перемішували протягом 10 хвилин та розливали в ливарні форми.From the alumino-matrix composites, in accordance with the method of the analogue, ligature briquettes were crushed and introduced (10, 15 and 20 95 (wt.)) into the aluminum melt at a temperature of the latter of 800 "C. The melt with the carbide-containing ligature was stirred for 10 minutes and poured into casting molds.

За технологією відповідно до способу, що заявляється: брикети синтезованої лігатури подрібнювали на планетарному млині для отримання часток порошку « 5 мкм та додавали її до порошку алюмінію. Вміст лігатури в шихті складав (10, 15 та 20 95 (мас.)). Отриману порошкову шихту змішували у барабанному змішувачі протягом 30 хв. в середовищі етилового спирту.According to the technology according to the claimed method: briquettes of the synthesized ligature were crushed on a planetary mill to obtain powder particles of 5 µm and added to the aluminum powder. The content of ligature in the charge was (10, 15 and 20 95 (wt.)). The resulting powder charge was mixed in a drum mixer for 30 minutes. in the environment of ethyl alcohol.

Після змішування та сушіння порошкової суміші останню піддавали холодному пресуванню на гідравлічному пресі під тиском 500 МПа. Спресовані заготовки нагрівали в середовищі аргону до 400"С та проводили гаряче штампування в закритому штампі на дугостаторному пресі.After mixing and drying the powder mixture, the latter was subjected to cold pressing on a hydraulic press under a pressure of 500 MPa. Pressed blanks were heated in an argon environment to 400"C and hot stamping was carried out in a closed die on an arc-stator press.

Відносна щільність заготовок після гарячого штампування складала 98,5--99,5 95.The relative density of the blanks after hot stamping was 98.5--99.5 95.

Після вказаної обробки із отриманих матеріалів виготовляли зразки для визначення їх основних механічних характеристик та проводили порівняльний аналіз отриманих результатів.After the specified processing, samples were made from the obtained materials to determine their main mechanical characteristics and a comparative analysis of the obtained results was carried out.

Результати випробувань наведені в таблиці.The test results are shown in the table.

Як показали приведені в таблиці результати, рівень основних механічних характеристик матеріалів, виготовлених з використанням заявленого способу, перевищує відповідні значення останніх для композитів, виготовлених за схемою-аналога при однаковій кількості твердої фази внаслідок наявності значної кількості часток фази АЇс«Сз в матеріалі, отриманому з використанням способу аналога, а також в результаті отримання більш дрібнозернистої структури при використанні заявленого способу.As the results shown in the table show, the level of the main mechanical characteristics of the materials produced using the claimed method exceeds the corresponding values of the latter for composites produced according to the analogous scheme with the same amount of solid phase due to the presence of a significant number of particles of the AIs"Cz phase in the material obtained from using an analog method, as well as as a result of obtaining a finer-grained structure when using the claimed method.

Таблиця 1Table 1

Вміст компонентів сплаву та спосібContent of alloy components and method

Мо п/п 9 отримання Ов, МПа Ов, МПа б, /о 95 95 А! (порошок) х 5 95 лігатура 90 96 АІ (порошок) « 10 95 лігатура 8596 (порошок) 1596 ліатура| 211 | 169,.7.ЙЙЙ.Й..МОЙ 8 7: 90 95 А! (розплав) « 5 95 лігатура 90 95 А! (розплав) х 10 95 лігатура і 6 | 9096А(розплав)ж1595ліатура| 195 | 158 | 6Mo n/p 9 receiving Ov, MPa Ov, MPa b, /o 95 95 A! (powder) x 5 95 ligature 90 96 AI (powder) « 10 95 ligature 8596 (powder) 1596 ligature| 211 | 169,.7.YYY.Y..MY 8 7: 90 95 A! (melt) « 5 95 ligature 90 95 A! (melt) x 10 95 ligature and 6 | 9096A (melt) and 1595 liature| 195 | 158 | 6

Корисна модель належить до галузі порошкової металургії і може бути використана для виготовлення деталей конструкційного призначення для автомобілебудування, авіаційної та космічної техніки, тощо.The useful model belongs to the field of powder metallurgy and can be used for the production of structural parts for automotive, aviation and space engineering, etc.

Claims (1)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІUSEFUL MODEL FORMULA Спосіб одержання алюмоматричних композиційних матеріалів, який включає операції термічного синтезу лігатури з механічної суміші порошків алюмінію, титану та вуглецю, її подрібнення та введення в матричний матеріал, який відрізняється тим, що подрібнення лігатури проводять до отримання порошків з максимальним розміром частинок менше 5 мікрон,The method of obtaining alumino-matrix composite materials, which includes operations of thermal synthesis of the ligature from a mechanical mixture of aluminum, titanium and carbon powders, its grinding and introduction into the matrix material, which is characterized by the fact that the grinding of the ligature is carried out to obtain powders with a maximum particle size of less than 5 microns, а введення отриманого порошку лігатури в матричний матеріал проводять шляхом його змішування з порошком алюмінію або сплаву на основі алюмінію, здійснюють пресовку заготівок із отриманої суміші та їх подальший нагрів в атмосфері захисного газу та проводять їх наступне гаряче штампування, що реалізує деформацію зсуву в об'ємі матеріалу.and the introduction of the obtained ligature powder into the matrix material is carried out by mixing it with aluminum powder or an aluminum-based alloy, pressing the blanks from the obtained mixture and their subsequent heating in a protective gas atmosphere, and carrying out their subsequent hot stamping, which realizes shear deformation in the volume material
UAU201212632U 2012-11-05 2012-11-05 Method for producing of aluminium matrix composition materials UA78370U (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201212632U UA78370U (en) 2012-11-05 2012-11-05 Method for producing of aluminium matrix composition materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU201212632U UA78370U (en) 2012-11-05 2012-11-05 Method for producing of aluminium matrix composition materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA78370U true UA78370U (en) 2013-03-11

Family

ID=51586225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAU201212632U UA78370U (en) 2012-11-05 2012-11-05 Method for producing of aluminium matrix composition materials

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA78370U (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2668638C1 (en) * 2017-09-20 2018-10-02 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" METHOD FOR PRODUCING LONG CYLINDRICAL RODS FROM MATERIALS BASED ON Ti-AL-C

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2668638C1 (en) * 2017-09-20 2018-10-02 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" METHOD FOR PRODUCING LONG CYLINDRICAL RODS FROM MATERIALS BASED ON Ti-AL-C

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Poletti et al. Production of titanium matrix composites reinforced with SiC particles
CN111822711B (en) High-density titanium or titanium alloy part and powder metallurgy mold filling manufacturing method thereof
CN100465309C (en) Method for preparing alloy material of high niobium-titanium-aluminum by discharging plasma agglomeration
Dios et al. Novel colloidal approach for the microstructural improvement in Ti (C, N)/FeNi cermets
US20230201923A1 (en) Metallic compounds and metallic matrix composites made using compression activated synthesis
Fu et al. Composites fabricated by self-propagating high-temperature synthesis
CN112226639B (en) In-situ ultrafine grain TiC reinforced titanium-based composite material based on cyclohexene ball milling medium and preparation method thereof
Wang et al. Microstructure and mechanical properties of high Nb containing TiAl alloys by reactive hot pressing
Zhao et al. Effect of Y2O3 on the mechanical properties of open cell aluminum foams
CN103938006A (en) Manufacturing method of cermet material resistant to molten aluminum corrosion
JP4397425B1 (en) Method for producing Ti particle-dispersed magnesium-based composite material
Jaramillo et al. Sintering comparison of NiCoCrAl-Ta powder processed by hot pressing and spark plasma
UA78370U (en) Method for producing of aluminium matrix composition materials
Schumann et al. The effects of ball milling and the addition of blended elemental aluminium on the densification of TiH2 power
Yunzhu et al. Transient liquid-phase sintering characteristic of W-Ni-Fe alloy via microwave-assisted heating
CN102560167B (en) Aluminum alloy and preparation method thereof
Zhang et al. Deformability and microstructure transformation of PM TiAl alloy prepared by pseudo-HIP technology
Krasnowski et al. Nanocrystalline Al5Fe2 intermetallic and Al5Fe2–Al composites manufactured by high-pressure consolidation of milled powders
Kvanin et al. Preparation of γ-TiAl intermetallic compounds through self-propagating high-temperature synthesis and compaction
CN108048713B (en) Aluminum-zinc-magnesium-copper series high-strength fine-grain aluminum alloy and preparation method thereof
Morsi et al. Combustion synthesis of microstructurally designed green powder compacts
RU2804402C1 (en) Method for producing alloys based on intermetallic compounds
CN111454062B (en) AlMgB14Preparation method of ceramic material powder
RU2269586C1 (en) Method of preparation of master alloys and deoxidizers
RU2792355C1 (en) Method for obtaining blanks of superelastic titanium alloys for medical purpose