RU2206430C1 - Method for making sheet blanks of aluminium powder - Google Patents
Method for making sheet blanks of aluminium powder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2206430C1 RU2206430C1 RU2001128189A RU2001128189A RU2206430C1 RU 2206430 C1 RU2206430 C1 RU 2206430C1 RU 2001128189 A RU2001128189 A RU 2001128189A RU 2001128189 A RU2001128189 A RU 2001128189A RU 2206430 C1 RU2206430 C1 RU 2206430C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- rolls
- aluminum
- shell
- envelope
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении материалов и изделий из алюминия и его сплавов, применяемых в машиностроении, в частности в таких его отраслях, как автомобилестроение, ракетостроение, авиация, атомное машиностроение, лифтостроение и других, а также для нужд строительств. От подобных материалов требуется сочетание таких разных, зачастую противоречивых свойств, как легкость, хорошая тепловая и звуковая изоляция, сравнительно высокие (для алюминиевых сплавов) механические характеристики, достаточная пластичность, высокая коррозионная и термическая стойкость, низкий коэффициент теплового расширения, низкое электрическое сопротивление и, кроме того, пожаровзрывобезопасность на всех стадиях технологического процесса получения материала. The invention relates to the field of powder metallurgy and can be used in the manufacture of materials and products from aluminum and its alloys used in mechanical engineering, in particular in such industries as automotive, rocket science, aviation, nuclear engineering, elevator engineering and others, as well as for needs construction projects. Such materials require a combination of various, often conflicting, properties such as lightness, good thermal and sound insulation, relatively high (for aluminum alloys) mechanical characteristics, sufficient ductility, high corrosion and thermal resistance, low coefficient of thermal expansion, low electrical resistance and, in addition, fire and explosion safety at all stages of the technological process of obtaining material.
В алюминиевой промышленности одним из исходных технологических материалов, в большей степени, чем другие, отвечающим указанным требованиям, являются металлоокисные композиции на основе спеченной алюминиевой пудры (САП). Эти материалы обладают исключительно высокой термостойкостью (жаропрочностью) в интервалах температур 350-500oС, что, вообще говоря, не характерно для алюминиевых сплавов, а также высокой коррозионной стойкостью, сравнимой с коррозионной стойкостью технического алюминия.In the aluminum industry, one of the starting technological materials, more than others, meeting the specified requirements, are metal oxide compositions based on sintered aluminum powder (SAP). These materials have extremely high heat resistance (heat resistance) in the temperature range 350-500 o C, which, generally speaking, is not typical for aluminum alloys, as well as high corrosion resistance comparable to the corrosion resistance of technical aluminum.
Что касается прочностных свойств подобных материалов, то они определяются количеством окисной фазы, степенью дисперсности окисных частиц и характером их распределения. С увеличением содержания окиси алюминия до 20-25% прочность САП при комнатной температуре может быть доведена до 392-441 МПа (40-45 кГ/мм2), но с определенного предела это сопровождается резким снижением пластичности [1].As for the strength properties of such materials, they are determined by the amount of the oxide phase, the degree of dispersion of the oxide particles and the nature of their distribution. With an increase in alumina content to 20–25%, the strength of SAP at room temperature can be increased to 392–441 MPa (40–45 kg / mm 2 ), but from a certain limit this is accompanied by a sharp decrease in ductility [1].
Другим известным технологическим сырьем для получения листовых заготовок из порошкового алюминия являются гранулированные алюминиевые сплавы. Гранулированный алюминий в готовом виде выпускается алюминиевой промышленностью. Гранульный передел сокращает технологический цикл и повышает выход годного [2]. Another well-known technological raw material for the production of sheet billets of aluminum powder are granular aluminum alloys. Granular aluminum in finished form is produced by the aluminum industry. Pellet redistribution shortens the technological cycle and increases the yield [2].
Из уровня техники известен способ получения листовых заготовок из гранулированного алюминиевого порошка, включающий горячую прокатку порошка при температуре 550oС [3]. В известном способе [3] используют гранулы размером от 1 мм и выше, при этом прокатку материала осуществляют при подаче его непосредственно из бункера в валки, оси которых лежат в одной горизонтальной плоскости (т.е. материал транспортируется вертикально). Однако при прокатке гранул указанного размера, без предварительного брикетирования материала, возникают определенные проблемы с качеством получаемой листовой заготовки. Наблюдается остаточная поверхностная пористость и частичное расслоение по границам отдельных гранул [4]. Кроме того, вертикальное направление транспортировки материала накладывает свои ограничения на длину получаемой заготовки.The prior art method for producing sheet blanks from granular aluminum powder, including hot rolling of the powder at a temperature of 550 o C [3]. In the known method [3], granules with a size of 1 mm and above are used, while rolling the material is carried out when feeding it directly from the hopper into the rolls, the axes of which lie in one horizontal plane (ie the material is transported vertically). However, when rolling granules of the indicated size, without preliminary briquetting the material, certain problems arise with the quality of the resulting sheet blank. Residual surface porosity and partial delamination along the boundaries of individual granules are observed [4]. In addition, the vertical direction of transportation of the material imposes its limitations on the length of the resulting workpiece.
Для преодоления этих технологических проблем предлагалось прокатывать гранулированный порошок (размер гранул 150 мкм), заключенный в толстостенную цилиндрическую капсулу [5]. Однако эта известная технология использовалась применительно к другому материалу, а специфика материала в данном случае весьма существенна. Кроме того, отсутствие в известном способе предварительного уплотнения порошка, а также обусловленные спецификой материала низкие температуры прокатки, не позволяют, как показали исследования, получить качественную бездефектную листовую заготовку. To overcome these technological problems, it was proposed to roll granular powder (granule size 150 μm), enclosed in a thick-walled cylindrical capsule [5]. However, this well-known technology was used in relation to another material, and the specificity of the material in this case is very significant. In addition, the absence in the known method of preliminary compaction of the powder, as well as the low rolling temperatures due to the specifics of the material, do not allow, as studies have shown, to obtain high-quality defect-free sheet stock.
Таким образом, более предпочтительным является технологический процесс получения листовой заготовки, включающий использование предварительного уплотнения порошка и его нагрева, с последующим горячим обжатием уплотненного материала в валках, оси которых лежат в одной вертикальной плоскости. Thus, it is more preferable to obtain a sheet blank, including the use of preliminary compaction of the powder and its heating, followed by hot compression of the compacted material in rolls, the axes of which lie in one vertical plane.
В связи с этим в качестве наиболее близкого аналога изобретения выбран способ получения листовых заготовок из алюминиевого порошка, включающий предварительное уплотнение порошка, нагревание уплотненного материала до температуры не ниже 500oС, его горячее обжатие в валках при тех же температурах [1].In this regard, as the closest analogue of the invention, a method for producing sheet blanks from aluminum powder was selected, including preliminary compaction of the powder, heating of the compacted material to a temperature of at least 500 ° C. , its hot compression in rolls at the same temperatures [1].
В известном способе в качестве исходного алюминиевого порошка, подвергающегося уплотнению и нагреву (что сопровождается спеканием порошка), используют алюминиевую пудру, преобразуемую после указанных операций в САП. Однако обычная технология предварительного уплотнения такого чрезвычайно тонкого материала, как алюминиевая пудра, не может дать нужной плотности материала. Поэтому для последующего обжатия в валках требуется включение в технологию еще одной операции: окончательного прессования для уплотнения САП до состояния, пригодного для использования в качестве заготовки для обжатия в валках. Но даже с включением в технологию прессования в полученных готовых листовых заготовках наблюдается появление заметного количества дефектов. Эти дефекты частично возникают на стадии упомянутого прессования, в результате чего материал имеет низкие пластические характеристики, плохую свариваемость, что заметно ограничивает возможности использования листовых заготовок в дальнейших технологических переделах. Кроме того, как показала практика, есть и другая часть дефектов при используемой технологии обжатия в валках такого специфического материала, как САП, которая имеет типично прокатное происхождение: трещины, расслоения, рванины, плены, пузыри, включения и т.п. In the known method, as the initial aluminum powder, which is densified and heated (which is accompanied by sintering of the powder), aluminum powder is used, which is converted into SAP after these operations. However, the usual technology for pre-compaction of such an extremely thin material, such as aluminum powder, cannot give the desired material density. Therefore, for subsequent compression in the rolls, it is necessary to include one more operation in the technology: final pressing to seal the SAP to a state suitable for use as a blank for compression in the rolls. But even with the inclusion of pressing technology in the resulting finished sheet blanks, a noticeable number of defects is observed. These defects partially arise at the stage of the aforementioned pressing, as a result of which the material has low plastic characteristics and poor weldability, which significantly limits the possibilities of using sheet blanks in further technological processes. In addition, as practice has shown, there is another part of defects in the technology used to compress in rolls such a specific material as SAP, which is typically of rolling origin: cracks, delaminations, flaws, captures, bubbles, inclusions, etc.
Ликвидация всех этих дефектов приводит к значительным отходам материала, так что выход годного в итоге составляет всего 50-60%. Все это существенно повышает стоимость полученных заготовок, препятствует их широкому промышленному освоению. The elimination of all these defects leads to significant waste of material, so that the yield in the end is only 50-60%. All this significantly increases the cost of the obtained blanks, and prevents their widespread industrial development.
Можно заметить также, что наличие в технологической цепи операции прессования накладывает свои ограничения на длину получаемых заготовок. You can also notice that the presence in the technological chain of the pressing operation imposes its own restrictions on the length of the resulting workpieces.
Кроме того, использование для получения САП супертонкой алюминиевой пудры (гранулы имеют размер около 1 мкм) представляет собой опасный с точки зрения возгораемости и склонности к взрыву материала процесс. In addition, the use of superthin aluminum powder (granules are about 1 μm in size) to produce an SAP is dangerous from the point of view of flammability and a tendency to explosion of the material.
В последние годы распространение получил также такой материал, как пеноалюминий. Он обладает целым рядом полезных и специфических свойств и может в ряде случаев эффективно использоваться, в том числе в форме листовых заготовок [6, 7, 8]. При производстве пеноалюминия в качестве исходного материала используют порошки алюминия или алюминиевых сплавов, которые смешивают с порофором (веществом, при нагреве выделяющем газовую составляющую), например гидридом титана TiH2. Доля порофора незначительна и составляет, как правило, менее 1%. Подготовленная смесь уплотняется путем горячего прессования. В дальнейшем уплотненный материал деформируют в листовую заготовку прокаткой в горячем состоянии. Полученный полуфабрикат вспенивают путем нагрева до более высокой температуры, близкой к температуре плавления используемого сплава. Выделяющийся при нагреве в результате термического разложения порофора газ образует в материале пенную структуру. Процесс заканчивается охлаждением и стабилизацией материала. При этом образуются закрытые поры. Плотность пеноалюминия составляет от 0,4 до 2 г/см3.In recent years, material such as foam aluminum has also gained distribution. It has a number of useful and specific properties and can in some cases be effectively used, including in the form of sheet blanks [6, 7, 8]. In the production of foam aluminum, powders of aluminum or aluminum alloys are used as the starting material, which are mixed with porophore (a substance emitting a gas component when heated), for example, titanium hydride TiH 2 . The proportion of porophore is negligible and is usually less than 1%. The prepared mixture is sealed by hot pressing. Subsequently, the compacted material is deformed into a sheet blank by hot rolling. The resulting semi-finished product is foamed by heating to a higher temperature close to the melting point of the alloy used. The gas released during heating as a result of thermal decomposition of the porophore forms a foam structure in the material. The process ends with cooling and stabilization of the material. In this case, closed pores are formed. The density of foam aluminum is from 0.4 to 2 g / cm 3 .
Известной технологии получения пеноалюминиевых листовых заготовок присущи уже указанные выше недостатки, главный из которых - необходимость использовать при предварительном уплотнении операцию прессования. The known technology for producing foam aluminum sheet blanks already has the above-mentioned disadvantages, the main of which is the need to use the pressing operation during preliminary compaction.
Задачей изобретения является получение качественных, с минимальными дефектами листовых заготовок любой требуемой длины, с достаточными для дальнейших переделов пластическими свойствами и сварочной способностью, повышение выхода годного и, как следствие, снижение стоимости получения заготовок, в том числе для пеноалюминия, при одновременном исключении из технологии операции прессования. Дополнительной задачей является ликвидация или снижение до практически допустимого уровня взрывопожароопасных свойств используемого в технологическом процессе материала. The objective of the invention is to obtain high-quality, with minimal defects, sheet blanks of any desired length, with sufficient plastic properties and welding ability for further processing, increasing the yield and, as a result, reducing the cost of producing blanks, including foam, while eliminating from the technology pressing operations. An additional task is to eliminate or reduce to practically acceptable levels of explosive and fire hazard properties of the material used in the process.
Решение указанных задач достигается тем, что в способе получения листовых заготовок из алюминиевого порошка, включающем предварительное уплотнение порошка, нагревание уплотненного материала до температуры не ниже 500oС, его горячее обжатие в валках при тех же температурах, согласно изобретению в качестве алюминиевого порошка используют гранулированный порошок с размером гранул 50-200 мкм, порошок засыпают в замкнутую оболочку, изготовленную из листовой стали толщиной 0,5-2,0 мм, с равными или различными толщинами стенок, контактирующих при обжатии с валками, и имеющую в поперечном сечении форму, приближенную к форме листовой заготовки. Оболочку нагревают вместе с порошком до температуры 500-600oС, далее при этих температурах обжимают оболочку с порошком в валках диаметром не менее 500 мм, при линейной скорости валков 0,03-0,3 м/с и до толщины, определяемой выражением:
где H1 - толщина материала (вместе с оболочкой) на выходе из валков, мм;
Но - толщина материала (вместе с оболочкой) на входе в валки, мм;
ρ0 - плотность засыпки материала на входе в валки, г/см3,
ρ1 - теоретическая плотность материала, г/см3;
f1, f2 - толщины стенок оболочки, контактирующих при обжатии с валками, мм, после чего оболочку охлаждают, разрезают и извлекают из нее готовую листовую заготовку.The solution of these problems is achieved by the fact that in the method of producing sheet blanks from aluminum powder, including preliminary compaction of the powder, heating the compacted material to a temperature of at least 500 ° C, its hot compression in rolls at the same temperatures, according to the invention, granulated aluminum powder is used a powder with a grain size of 50-200 microns, the powder is poured into a closed shell made of sheet steel with a thickness of 0.5-2.0 mm, with equal or different wall thicknesses in contact with bzhatii with rollers, and having a cross-sectional shape approximating to the shape of the slab. The shell is heated together with the powder to a temperature of 500-600 o C, then at these temperatures the shell is compressed with powder in rolls with a diameter of at least 500 mm, with a linear speed of rolls of 0.03-0.3 m / s and to a thickness defined by the expression:
where H 1 is the thickness of the material (together with the shell) at the exit of the rolls, mm;
N about - the thickness of the material (together with the shell) at the entrance to the rolls, mm;
ρ 0 - the density of the filling material at the entrance to the rolls, g / cm 3 ,
ρ 1 - theoretical density of the material, g / cm 3 ;
f 1 , f 2 - wall thickness of the shell in contact with the rolls during compression, mm, after which the shell is cooled, cut and a finished sheet blank is removed from it.
Под теоретической плотностью понимается плотность материала при отсутствии пустот и несплошностей, составляющая для алюминия и его сплавов ρ1 = 2,7-2,8 г/см3.Theoretical density is understood as the density of the material in the absence of voids and discontinuities, the component for aluminum and its alloys ρ 1 = 2.7-2.8 g / cm 3 .
Кроме того, оболочку выполняют в виде корытообразного лотка с крышкой, перед нагреванием порошок засыпают до верхнего уровня боковых стенок в корытообразный лоток, с последующим уплотнением засыпанного порошка в лотке, покрывают корытообразный лоток плоской крышкой, обваривают стык лотка с крышкой по периметру, образуя тем самым замкнутую оболочку с порошком внутри нее. In addition, the shell is made in the form of a trough-shaped tray with a lid, before heating, the powder is poured to the upper level of the side walls into a trough-shaped tray, followed by compaction of the powdered powder in the tray, the trough-shaped tray is covered with a flat lid, and the joint of the tray with the lid around the perimeter is welded, thereby forming closed shell with powder inside it.
Кроме того, для получения в дальнейшем из листовой заготовки пеноалюминиевых листов к порошку перед уплотнением добавляют 0,5-1,0 мас. % порошка из порофора, а нагревание оболочки с порошком для последующего обжатия в валках производят до температуры 500-550oС.In addition, to obtain subsequently from the sheet metal foam aluminum sheets, 0.5-1.0 wt. % powder from porophore, and heating the shell with the powder for subsequent compression in the rolls is carried out to a temperature of 500-550 o C.
Кроме того, в качестве порофора используют TiH2.In addition, TiH 2 is used as a porophore.
Кроме того, гранулы алюминиевого порошка перед уплотнением предварительно обрабатывают полиметилсилоксаном или полиэтилсилоксаном. In addition, granules of aluminum powder are pretreated with polymethylsiloxane or polyethylsiloxane before densification.
Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.
Использование для уплотнения порошка и последующего горячего обжатия в валках специальной оболочки, выполненной из тонкого стального листа, преимущественно пластичной малоуглеродистой стали, в сочетании с использованием в качестве исходного продукта не алюминиевой пудры, а мелкогранулированного алюминиевого порошка фракциями 50-200 мкм (данный диапазон фракций является оптимальным для предложенной технологии, что определено опытным путем) позволяет получить качественный достаточно плотный листовой материал, с минимальным объемом пустот, газовых включений, пузырей и т.д. The use of a special casing made of a thin steel sheet, mainly ductile mild steel, in combination with the use of finely granulated aluminum powder with fractions of 50-200 μm (the given fraction range is optimal for the proposed technology, which is determined empirically) allows you to get high-quality enough dense sheet material, with a minimum amount of PU one gas inclusions, bubbles, etc.
Известно, что "плотность упаковки" свободно насыпанного порошка, состоящего из зерен шаровой формы, т.е. относительная доля объема пустот в нем (промежутков между зернами) к общему объему порошка, не зависит от величины зерен (в этом легко убедиться, если представить, что порошок рассматривается в сильную лупу: объем собственно зерен и пустот между ними в этом случае возрастет в одно и то же число раз). С другой стороны, при уплотнении порошка происходит уменьшение объема пустот за счет деформации смятия зерен, увеличения при этом поверхности контакта между ними. Последнее обстоятельство способствует также и более эффективному спеканию материала, поскольку процесс спекания основан в первую очередь на взаимной диффузии молекул соседних зерен, а интенсивность последней возрастает с увеличением поверхности контакта между зернами. Кроме того, с ростом поверхности зерен растет и содержание окисной фазы, образующейся на поверхности зерна, что, как уже сказано выше, способствует повышению прочностных характеристик материала, но, как установлено, в нашем случае в пределах, не вызывающих резкого падения его пластичности. It is known that the "packing density" of a freely poured powder consisting of spherical grains, i.e. the relative fraction of the volume of voids in it (gaps between grains) to the total volume of the powder does not depend on the size of the grains (this can be easily seen if we imagine that the powder is viewed in a strong magnifying glass: the volume of the actual grains and voids between them in this case will increase by one and the same number of times). On the other hand, when powder is compacted, a decrease in the volume of voids occurs due to deformation of grain collapse, while the contact surface between them increases. The latter circumstance also contributes to a more efficient sintering of the material, since the sintering process is primarily based on the mutual diffusion of molecules of neighboring grains, and the intensity of the latter increases with increasing contact surface between the grains. In addition, with an increase in the surface of grains, the content of the oxide phase formed on the surface of the grain also increases, which, as mentioned above, contributes to an increase in the strength characteristics of the material, but, as has been established, in our case, within the limits that do not cause a sharp drop in its ductility.
Следует отметить, что очень мелкие зерна порошка (такие, из которых состоит алюминиевая пудра, зерна которой имеют размер около 1 мкм) гораздо сильнее сопротивляются деформации смятия, чем на два порядка более крупные. Поэтому для окончательного уплотнения порошка из пудры до кондиции, требуемой для того, чтобы материал можно было обжать в валках без его разрушения, в известном способе необходимо прибегать к дополнительной операции прессования. Для порошка, состоящего из зерен существенно более крупных фракций, как в настоящем изобретении, которые можно уже отнести к гранулам, эффективность уплотнения, по изложенным выше причинам, выше, и можно ставить вопрос об исключении операции прессования. С другой стороны, размер гранул в технологии согласно изобретению значительно меньше, чем в известных технологических схемах, использующих гранулы в качестве исходного материала, но не предусматривающих их предварительное уплотнение. It should be noted that very fine powder grains (such as aluminum powder, whose grains are about 1 μm in size) are much more resistant to collapse deformation than two orders of magnitude larger. Therefore, for the final compaction of the powder from the powder to the condition required so that the material can be compressed in the rolls without breaking it, in a known method it is necessary to resort to an additional pressing operation. For a powder consisting of grains of significantly larger fractions, as in the present invention, which can already be attributed to granules, the compaction efficiency, for the reasons stated above, is higher, and the question of eliminating the pressing operation can be raised. On the other hand, the granule size in the technology according to the invention is significantly smaller than in known technological schemes using granules as starting material, but not providing for their preliminary compaction.
Но даже и в этом случае обычное обжатие материала в валках, как в известном способе, могло бы вызвать затруднения. Без оболочки и без прессования получение кондиционных бездефектных листовых заготовок обжатием в валках недостаточно уплотненного материала было бы невозможно. И только в сочетании с помещением порошка в специальную оболочку, как в настоящем изобретении, появляется возможность обжатия в валках материала в кондиционную листовую заготовку. But even in this case, the usual compression of the material in the rolls, as in the known method, could cause difficulties. Without a casing and without pressing, it would be impossible to obtain conditioned defect-free sheet blanks by compressing insufficiently compacted material in rolls. And only in combination with the placement of the powder in a special shell, as in the present invention, it becomes possible to compress the material in the rolls into a conditioned sheet blank.
Взаимодействие поверхности материала при обжатии в валках не непосредственно с холодными валками, а с горячей оболочкой благоприятно отражается как на процессе спекания, так и на характеристиках твердости поверхности готовой листовой заготовки после ее охлаждения. Поскольку охлаждение производят с поверхности заготовки, его можно рассматривать в этом случае как вариант поверхностной термообработки. The interaction of the surface of the material during compression in the rolls not directly with the cold rolls, but with the hot shell favorably affects both the sintering process and the surface hardness characteristics of the finished sheet stock after cooling. Since cooling is performed from the surface of the workpiece, it can be considered in this case as a variant of surface heat treatment.
Предложенная технология позволяет, таким образом, за счет совокупного применения указанных приемов (большой размер гранул порошка и обжатие в валках материала в оболочке) исключить трудоемкую и требующую сравнительно сложного оборудования отдельную операцию прессования порошка, поскольку, по существу, при обжатии в валках как раз и происходит окончательное доуплотнение материала до нужной степени плотности, что становится возможным благодаря помещению предварительно уплотненного материала в оболочку. The proposed technology allows, therefore, due to the combined use of these techniques (large powder granules and compression in rolls of material in the shell) to exclude the time-consuming and requiring relatively sophisticated equipment separate powder pressing operation, since, in fact, during compression in rolls the final densification of the material to the desired degree of density occurs, which is made possible by placing the pre-compacted material in the shell.
Исключение из технологического процесса операции прессования в сочетании с использованием валков, у которых оси лежат в общей вертикальной плоскости, позволяет, кроме того, снять ограничения на длину получаемой листовой заготовки, поскольку при горизонтальной транспортировке материала через валки таких ограничений практически нет. The exclusion from the technological process of pressing operation in combination with the use of rolls with the axes lying in a common vertical plane allows, in addition, to remove restrictions on the length of the resulting sheet blank, since there are practically no such restrictions for horizontal material transportation through the rolls.
Использование в качестве материала оболочки листовой стали толщиной 0,5-2,0 мм, как показали испытания, позволяет равномерно распределять давление прокатки через оболочку на материал, что позволяет получать одинаковые или близкие свойства материала по ширине и длине листовой заготовки, при этом оболочка не препятствует изменению размеров материала, в первую очередь, его толщины. В пределах указанного диапазона (0,5-2,0 мм) толщины стенок оболочки, контактирующие при обжатии с верхним и нижним валками, могут быть как равны, таки и различны. На технологию заявляемого процесса получения листовой заготовки различие толщин f1 и f2 не влияет, однако оно может оказаться рациональным по другим технологическим или экономическим соображениям (возникающим, в частности, при изготовлении оболочки).The use of sheet steel with a thickness of 0.5-2.0 mm as the shell material, as tests have shown, allows you to evenly distribute the rolling pressure through the shell to the material, which allows you to get the same or similar properties of the material along the width and length of the sheet stock prevents the resizing of the material, primarily its thickness. Within the specified range (0.5-2.0 mm), the wall thicknesses of the shell contacting during compression with the upper and lower rolls can be equal, but different. The difference between the thicknesses f 1 and f 2 does not affect the technology of the claimed process for producing a sheet blank, however, it may turn out to be rational for other technological or economic reasons (arising, in particular, in the manufacture of the shell).
Оптимальные режимы обжатия в валках (диаметр валков, скорость и величина обжатия) для получения качественной листовой заготовки отработаны опытным путем. Диаметр валков ограничен снизу с целью предотвращения образования складок на оболочке и обеспечения равномерного уплотнения материала при обжатии в валках. Скорость движения материала при обжатии в валках ограничена прежде всего сверху и должна быть такой, чтобы материал при прокатке успевал окончательно спекаться до монолитного состояния. Величина обжатия, напротив, ограничена как снизу, так и сверху: нижний предел обусловлен созданием условий для полноценного спекания материала, а верхний - опасностью возникновения трещин и других дефектов в материале и в оболочке, и даже опасностью разрушения оболочки при избыточном обжатии. Математическое выражение (1) для определения обжатия выведено, исходя из условия сохранения массы, а пределы изменения коэффициента 0,8 и 1,0 подобраны опытным путем. Выбор величины обжатия в соответствии с выражением (1) позволяет за один проход получить кондиционную листовую заготовку требуемой плотности. Некоторое сужение температурного интервала обжатия в валках в случае подготовки полуфабриката для получения пеноалюминия связано с целью предотвращения опасности преждевременного частичного разложения порофора, что может уменьшить эффективность исследующего вспенивания. The optimal compression conditions in the rolls (roll diameter, speed and size of compression) for obtaining high-quality sheet billets worked out experimentally. The diameter of the rolls is limited from below to prevent wrinkling on the shell and to ensure uniform compaction of the material during compression in the rolls. The speed of movement of the material during compression in the rolls is limited primarily from above and must be such that the material during rolling has time to finally sinter to a monolithic state. The amount of compression, on the contrary, is limited both from below and from above: the lower limit is due to the creation of conditions for full sintering of the material, and the upper limit is due to the risk of cracks and other defects in the material and to the shell, and even the risk of destruction of the shell with excessive compression. The mathematical expression (1) for determining the compression is derived on the basis of the conditions for the conservation of mass, and the limits of the change in the coefficient of 0.8 and 1.0 are selected empirically. The choice of the amount of compression in accordance with the expression (1) allows for one pass to obtain a conditioned sheet blank of the required density. Some narrowing of the temperature range of compression in the rolls in the case of preparing a semi-finished product for producing foam aluminum is associated with the goal of preventing the risk of premature partial decomposition of porophore, which can reduce the efficiency of the foaming study.
Изобретение далее поясняется на конкретном примере выполнения, с помощью чертежей, где:
на фиг.1 изображена схема обжатия материала в оболочке в валках,
на фиг.2 показана оболочка в поперечном сечении.The invention is further illustrated by a specific example of implementation, using the drawings, where:
figure 1 shows a diagram of the compression of the material in the shell in the rolls,
figure 2 shows the shell in cross section.
Порошок 1 алюминиевый (АПВ-86), выпускаемый промышленностью по ТУ 48-5-152-78 и состоящий из гранул размером фракций в диапазоне от 100 до 120 мкм, предварительно обрабатывали полиметилоксаном (для снижения пожаро- и взрывоопасности), и полученные микрокапсулы засыпали в корытообразный лоток 2 длиной 2 м, шириной 420 мм и глубиной 10 мм до верхнего уровня боковых стенок 3 лотка. Лоток 2 изготовлен из листа толщиной f1=l,0 мм, материал листа - Ст. 3. Затем вибратором (не показан) порошок предварительно уплотняли, подсыпая его в лоток так, чтобы после виброуплотнения уровень порошка сохранялся на верхнем уровне боковых стенок 3 лотка. Масса засыпанного в лоток порошка составила 12600 г, таким образом при объеме лотка 8400 см3 плотность засыпки материала на входе в валки составила ρ0 =1,50 г/см3. Затем на предварительно уплотненный в лотке порошок 1 накладывалась плоская крышка 4 (изготовленная из листа толщиной f2=l,1 мм, материал листа - Ст. 3) и по периметру ее контакта с боковыми стенками 3 лотка с помощью роликовой электросварочной машины прочно скрепляли лоток с крышкой, которые образовали после этого тонкостенную замкнутую оболочку 5, заполненную порошком 1.Aluminum powder 1 (APV-86), manufactured by industry according to TU 48-5-152-78 and consisting of granules with particle sizes ranging from 100 to 120 microns, was pretreated with polymethyloxane (to reduce fire and explosion hazard), and the resulting microcapsules were poured into the trough-shaped
Далее эту оболочку с порошком нагревали в печи до температуры 580oС. Нагретую оболочку с порошком подавали в гладкие прокатные валки 6 диаметром 870 мм, имеющие начальный межвалковый зазор (перед подачей оболочки) h=6,5 мм, и за один проход доводили толщину материала с 10 до 5 мм, контролируя при этом скорость транспортирования материала (равную линейной скорости валков) -v = 0,05 м/с. Величина обжатия определялась по выражению (1) и составляла при ρ0 = 1,50 г/см3, ρ1 = 2,75 г/см3, Но= 12,1 мм, H1= 0,94•[12,1•1,50/2,75+(1,0+1,1)(1-1,50/2,75)] = 7,1 мм. Увеличение межвалкового зазора (по сравнению с начальной величиной h = 6,5 мм) происходило за счет упругих деформаций валков и клети под действием усилия обжатия.Then this shell with the powder was heated in the oven to a temperature of 580 o C. The heated shell with the powder was fed into smooth rolling rolls 6 with a diameter of 870 mm, having an initial roll gap (before feeding the shell) h = 6.5 mm, and the thickness was adjusted in one pass material from 10 to 5 mm, while controlling the speed of transportation of the material (equal to the linear speed of the rolls) -v = 0.05 m / s. The amount of compression was determined by the expression (1) and amounted to ρ 0 = 1.50 g / cm 3 , ρ 1 = 2.75 g / cm 3 , H o = 12.1 mm, H 1 = 0.94 • [12 , 1 • 1.50 / 2.75 + (1.0 + 1.1) (1-1.50 / 2.75)] = 7.1 mm. An increase in the roll gap (in comparison with the initial value h = 6.5 mm) occurred due to the elastic deformation of the rolls and stand under the action of the compression force.
В процессе обжатия плотность материала была доведена до 2,75 г/см3, что превышает даже аналогичный показатель по CAП (2,74 г/см3). Обжатую оболочку 5 с уплотненным порошком 1 охлаждали водяными струями, разрезали по линии стыка 7 лотка с крышкой, а затем извлекали готовую листовую заготовку, из которой после обрезки кромок получили лист размерами 5x410x1980 мм весом 11160 г.In the process of compression, the density of the material was brought up to 2.75 g / cm 3 , which exceeds even the same indicator for CAP (2.74 g / cm 3 ). The compressed shell 5 with compacted
Исследование полученного материала показало, что структура его не имеет пористости, пузырей, несплошностей. Внешний вид листовой заготовки гладкий и ровный. Механические характеристики материала листовой заготовки: σв= 353 МПа (36,0 кГ/мм2), σ0,2 = 320 МПа (32,7 кГ/мм2), δ = 6,8%; HВ = 271-275 ед.The study of the obtained material showed that its structure does not have porosity, bubbles, discontinuities. The appearance of the sheet blank is smooth and even. The mechanical characteristics of the material of the sheet stock: σ in = 353 MPa (36.0 kg / mm 2 ), σ 0.2 = 320 MPa (32.7 kg / mm 2 ), δ = 6.8%; HB = 271-275 units
В случае дальнейшего использования листовой заготовки для получения пеноалюминиевых листов в технологию вносились некоторые дополнения. В алюминиевый порошок АПВ-86 перед его уплотнением добавляли 0,8 мас.% порофора, представляющего собой порошок T1H2, и, кроме того, нагревание оболочки с порошком для спекания и последующего обжатия в валках производили до температуры в более узком интервале 500-550oС (конкретно, до 510oС), с тем, чтобы предотвратить преждевременное частичное разложение порофора. Дальнейшие операции получения листовой заготовки проводили по уже описанной технологии, а получение из листовой заготовки пеноалюминия - по известной технологии, описанной выше.In the case of further use of the sheet blank to obtain foam aluminum sheets, some additions were made to the technology. Before the compaction of the aluminum powder APV-86, 0.8 wt.% Porophore, which is a powder of T 1 H 2 , was added, and, in addition, the shell with the powder for sintering and subsequent compression in the rollers was heated to a temperature in a narrower range of 500 -550 o C (specifically, up to 510 o C) in order to prevent premature partial decomposition of the porophore. Further operations to obtain a sheet billet were carried out according to the technology already described, and the production of foam aluminum from a sheet billet was carried out according to the known technology described above.
Технический результат изобретения заключается в снятии одного из трудоемких переделов в технологическом процессе: прессование порошка, значительном повышении пластичности полученного материала, что позволяет эффективно использовать его для дальнейших операций обработки давлением, например гибки и тому подобных; материал обладает также высокой поверхностной твердостью и, наконец, цена материала в 4-5 раз ниже изготовленного из САП. Эта же технология с некоторыми усовершенствованиями может использоваться и для получения листовых заготовок, предназначенных для последующего получения пеноалюминия. В обоих случаях, кроме того, исключена опасность взрыва или возгорания в процессе использования исходного порошка. The technical result of the invention is to remove one of the time-consuming redistributions in the technological process: powder pressing, a significant increase in the plasticity of the obtained material, which allows it to be effectively used for further pressure processing operations, such as bending and the like; the material also has high surface hardness and, finally, the price of the material is 4-5 times lower than that made of SAP. The same technology with some improvements can be used to obtain sheet blanks intended for the subsequent production of foam aluminum. In both cases, in addition, there is no danger of explosion or fire during the use of the original powder.
Использованная литература
1. Э.Р.Шор, А.И.Колпашников. Производство листов из алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1967, с.283-286.References
1. E.R.Shor, A.I. Kolpashnikov. Production of aluminum alloy sheets. M .: Metallurgy, 1967, p. 283-286.
2. Г. А. Виноградов, В.П.Каташинский. Теория листовой прокатки металлических порошков и гранул. М.: Металлургия, 1979, с.178. 2. G. A. Vinogradov, V.P. Katashinsky. Theory of sheet rolling of metal powders and granules. M .: Metallurgy, 1979, p. 178.
3. Там же, с.186. 3. Ibid., P.186.
4. Там же, с.198-199. 4. Ibid., P.198-199.
5. Европейский патент 0271095, МПК В 22 F 3/18, 1988. 5. European patent 0271095, IPC B 22
6. Журнал "Металлоснабжение и сбыт", 2000, сентябрь-октябрь, с.95-97. 6. The journal "Metal Supply and Sales", 2000, September-October, p.95-97.
7. Патент ФРГ 4101630, МПК В 22 F 3/18, 1991. 7. The patent of Germany 4101630, IPC B 22
8. Патент РФ 2154548, МПК В 22 F 3/18, 2000. 8. RF patent 2154548, IPC B 22
Claims (5)
где Н1 - толщина оболочки с алюминиевым порошком на выходе из валков, мм;
Н0 - толщина оболочки с алюминиевым порошком на входе в валки, мм;
ρ0 - плотность засыпки алюминиевого порошка на входе в валки, г/см3;
ρ1 - теоретическая плотность полученной заготовки, г/см3;
f1, f2 - толщина стенок оболочки, контактирующих с валками, после чего оболочку охлаждают, разрезают и извлекают из нее листовую заготовку.1. A method of producing sheet metal blanks from aluminum powder, comprising heating the aluminum powder to a temperature of at least 500 ° C. , hot compressing it in rolls at the same temperatures, characterized in that granular powder with a grain size of 50-200 μm is used as aluminum powder , before heating, the powder is poured into a closed shell that is in contact with the rolls during compression, having a cross-sectional shape close to the shape of the sheet blank and made of sheet steel, 0.5-2.0 mm thick, crimped point each of the powder in rolls with a diameter of at least 500 mm at a linear speed of rollers 0.03-0.3 m / s to a thickness defined by the expression
where H 1 is the thickness of the shell with aluminum powder at the exit of the rolls, mm;
H 0 - shell thickness with aluminum powder at the entrance to the rolls, mm;
ρ 0 is the density of the backfill of aluminum powder at the entrance to the rolls, g / cm 3 ;
ρ 1 - theoretical density of the obtained preform, g / cm 3 ;
f 1 , f 2 - the thickness of the walls of the shell in contact with the rolls, after which the shell is cooled, cut and removed from it sheet blank.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001128189A RU2206430C1 (en) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Method for making sheet blanks of aluminium powder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001128189A RU2206430C1 (en) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Method for making sheet blanks of aluminium powder |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2206430C1 true RU2206430C1 (en) | 2003-06-20 |
Family
ID=29210666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001128189A RU2206430C1 (en) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Method for making sheet blanks of aluminium powder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2206430C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009054749A1 (en) | 2007-10-18 | 2009-04-30 | Otkrytoe Akzionernoe Obshestvo Akzionernaya Kholdingovaya Kompaniya 'vserossysky Nauchno-Issledovatelsky I Proektno-Konstruktorsky Institut Metallurgicheskogo Mashinostroeniya Imeni Ak. Tselikova | Method and production line for producing foam aluminium sheets |
| RU2444416C2 (en) * | 2010-05-21 | 2012-03-10 | Владимир Сергеевич Колеров | Method of producing article from foamed aluminium-based laminar composite material |
| RU2465094C1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-10-27 | Учреждение Российской академии наук Институт машиноведения Уральского отделения РАН (ИМАШ УрО РАН) | Method of producing composite aluminium-boron sheets |
-
2001
- 2001-10-19 RU RU2001128189A patent/RU2206430C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ШОР Э.Р. и др. Производство листов из алюминиевых сплавов. - М.: Металлургия, 1967, с.253-286. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009054749A1 (en) | 2007-10-18 | 2009-04-30 | Otkrytoe Akzionernoe Obshestvo Akzionernaya Kholdingovaya Kompaniya 'vserossysky Nauchno-Issledovatelsky I Proektno-Konstruktorsky Institut Metallurgicheskogo Mashinostroeniya Imeni Ak. Tselikova | Method and production line for producing foam aluminium sheets |
| RU2444416C2 (en) * | 2010-05-21 | 2012-03-10 | Владимир Сергеевич Колеров | Method of producing article from foamed aluminium-based laminar composite material |
| RU2465094C1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-10-27 | Учреждение Российской академии наук Институт машиноведения Уральского отделения РАН (ИМАШ УрО РАН) | Method of producing composite aluminium-boron sheets |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5972285A (en) | Foamable metal articles | |
| EP1379346B1 (en) | Foamable or foamed metal pellets, parts and panels | |
| Michailidis et al. | Establishment of process parameters for producing Al-foam by dissolution and powder sintering method | |
| JP3497461B2 (en) | Method for producing porous metal | |
| US3824097A (en) | Process for compacting metal powder | |
| EP3520914B1 (en) | Titanium encapsulation structure and titanium material | |
| CA2454169C (en) | A method for production of porous semiproducts from aluminum alloy powders | |
| Matsumoto et al. | Filling of surface pores of aluminum foam with polyamide by selective laser melting for improvement in mechanical properties | |
| JPS646241B2 (en) | ||
| RU2206430C1 (en) | Method for making sheet blanks of aluminium powder | |
| RU2085339C1 (en) | Method for obtaining porous semi-finished products from aluminum alloy powders | |
| RU2335379C1 (en) | Method of porous materials production from aluminium alloys | |
| Gilani et al. | Effect of processing parameters and glycerin addition on the properties of Al foams | |
| RU2426624C1 (en) | Method of producing sheet billets from aluminium powder | |
| Fischmeister | Powder compaction: fundamentals and recent developments | |
| RU2332279C2 (en) | Method of making complex figure thin-walled sintered bars from heavy alloys based on tungsten | |
| RU2154548C1 (en) | Method of producing porous semifinished and finished products from powders of aluminum alloys (versions) | |
| RU2370342C1 (en) | Method of compaction of magnesium alloys granules | |
| RU2822495C1 (en) | Method of producing dense material from titanium powder | |
| RU2138367C1 (en) | Method for producing porous half-finished products from aluminum alloy powders | |
| Gurney et al. | The Influence of Extrusion-Consolidation Variables on the Integrity and Strength of the Product from Prealloyed 7075 Aluminium Powder | |
| RU2153957C2 (en) | Process for making porous semifinished products of powdered aluminium alloys | |
| Lardner | Metallurgical Applications of Isostatic Hot-Pressing | |
| RU2202443C2 (en) | Method for making semifinished products of foamed aluminum | |
| RU76589U1 (en) | DEVICE FOR PRODUCING BRIQUETTES FROM GRANULES OF MAGNESIUM ALLOYS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121020 |