» » Технологии получения быстрозакаленных сплавов
14.01.2016

Решение вопросов разработки новых сплавов и высокопроизводительных методов производства микрослитков-гранул непосредственно из расплава с учетом рассмотренных преимуществ метода откроет широкую перспективу эффективному технологическому процессу — металлургии быстрозакаленных микрослитков-гранул.
Оптимальной технологией получения порошков-гранул быстрозакаленных сплавов является распыление больших масс расплава. Метод металлургии гранул в этом случае наиболее экономичен для многих видов изделий из сплавов разных систем.
Горячее изостатическое прессование микрослитков-гранул с дисперсной структурой обеспечивает возможность получения изделий практически с 100 %-ной плотностью без традиционной деформации. Хорошая формуемость подвижной, уплотняемой массы сферических гранул позволяет получить изделия сложной формы, с внутренними полостями, каналами; изделия переменного химического состава, с заданным градиентом изменения содержания компонентов; комбинированные изделия, сочетающие литые, деформированные и порошковые элементы.
Для быстрозакаленных порошков чешуйчатой формы, полученных по РИБЗ- и ВЗР-технологиям, в отличие от сферических гранул характерна хорошая прессуемость при холодном прессовании, что в связи с их невысокой формуемостью при заполнении пресс-форм сложной конфигурации определяет необходимость компактирования прессованием без использования капсул сложной формы.
Исследования по гранулированным магниевым сплавам показали возможность существенного воздействия технологии быстрой закалки расплава на структуру сплавов и создания новых быстрозакаленных сплавов с улучшенными свойствами на основе различных систем (например, сплавы ВМД10 и (Р)ZК60В соответственно систем Мg—Y—Zn и Мg—Zn—Zr).
Высокая скорость кристаллизации достигается при получении гранул распылением расплава. Типичные размеры гранул 0,5—5 мм. В соответствии с малыми размерами микрослитков-гранул при кристаллизации в них образуется дисперсная структура с размерами дендритных ячеек 20—60 мкм, что позволяет считать скорость охлаждения расплава при кристаллизации гранул равной ~10в2 К/с.
Жаропрочные сплавы на основе системы Аl—Fе, дисперсно-упрочняемые выделениями интерметаллидной фазы, образующимися при кристаллизации, чрезвычайно чувствительны к скорости охлаждения при кристаллизации. При распылении гранул в условиях опытно-промышленного производства (скорость охлаждения 10в3—10в4 К/с) дисперсность интерметаллидной фазы недостаточна и уровень механических свойств прессованных полуфабрикатов невысокий (ниже, чем у сплавов системы Аl—Сr—Zr с максимальным проявлением эффекта дисперсионного упрочнения). Только с повышением скоростей охлаждения в лабораторных условиях до 10в6 К/с удается достичь очень хорошего сочетания прочности и жаропрочности.
Более высокие скорости кристаллизации достигаются при затвердевании расплавов на быстровращающемся диске (метод спиннингования). В результате спиннингования образуются тонкие ленты, чешуйки, причем с уменьшением их толщины происходит увеличение скорости охлаждения при затвердевании. Типичные значения скорости охлаждения расплава при спиннинговании ~10в5—10в6 К/с.
Для быстрозакаленных лент сплавов Аl87Ni10Се3, Аl87Ni7Cu3Ce3, Al87Ni8Ag2Ce3 характерна аморфная структура. При последующем отжиге в аморфной матрице выделяются нанокристаллические частицы с ГЦК-решеткой алюминия размером 9 нм в первом сплаве и размером 3—5 нм в сплавах, содержащих медь или серебро. Такая смешанная структура (аморфная матрица + нанокристаллические частицы α-Аl-фазы) обеспечивает достижение высокой прочности,
В быстрозакаленных магниевых сплавах систем Mg—Сu—Y и Мg—Ni—Y, полученных спиннингованием расплава, формируется аморфная структура, В стеклообразном состоянии эти сплавы имеют хорошую пластичность на изгиб при напряжении разрушения 800—830 МПа, при этом удельная прочность (σн/(рg) = 36 км, где р — плотность) приблизительно в 2 раза выше, чем у магниевых сплавов с кристаллической структурой.
Компактные заготовки из быстрозакаленных порошков магниевых сплавов, полученные путем спиннингования с последующим измельчением и компактированием, показывают возможность достижения существенно более высоких прочностных свойств, чем при использовании традиционной технологии выплавки слитка и его деформации. Таким образом, разработка быстрозакаленных сплавов на основе магния с применением технологии компактирования быстрозакаленных порошков весьма перспективна.
Быстрозакаленные алюминиевые сплавы в отечественной практике получают методом центробежного распыления с охлаждением в воде. Существенным недостатком этой технологии является образование на развитой поверхности гранул грубой гидратированной оксидной пленки, приводящей к насыщению металла водородом (до 1 см3/100 г и более) и препятствующей надежной консолидации частиц при компактировании. Содержание оксида алюминия в зависимости от размера гранул составляет 0,05—0,1 %. Применение гранулируемых алюминиевых сплавов в современной технике, несмотря на существенное возрастание свойств, достигаемое благодаря высоким скоростям охлаждения при кристаллизации, ограничивается из-за нестабильности этих свойств и качества деформированных полуфабрикатов, обусловленной дефектами структуры (расслоения, газовые поры, инородные включения и интерметаллиды) и недостаточным диспергированием грубой оксидной пленки, а также пористостью сварных соединений вследствие повышенного содержания в металле водорода.
Исследования показывают, что эти недостатки могут быть устранены при распылении гранул в нейтральной среде с последующим их переделом в нейтральной среде или вакууме, с дегазацией в тонком слое и компактированием на вакуумных прессах.
Здесь важно отметить, что при производстве алюминиевых сплавов для высоких технологий вопросы ресурсосбережения, экономии энергии, трудозатрат и т.п., не теряя своей важности и актуальности, все же отступают на второй план. Главными становятся вопросы обеспечения качества и надежности полуфабрикатов и изделий из алюминиевых сплавов. Поэтому вполне оправданным, а в ряде случаев и необходимым является применение защитных атмосфер, индукционной плавки и вакуумирования.