Исследование и разработка пеноалюминия, получаемого методом механического легирования из вторичного сырья
Диссертация
Показана возможность и разработан технологический процесс получения пеноалюминия из механически легированных сплавов АМгб, Д16 и АК12М2 с содержанием TiH2 от 1 до 1,5% по массе. Метод включает в себя: обработку дешевого разнородного вторичного сырья и частиц TiH2 в планетарной или вибрационной мельнице с целью получения гранул — полуфабрикатов с гомогенной структуройконсолидацию гранул различными… Читать ещё >
Содержание
- 1. Обзор научной литературы
- 1. 1. Пенометаллы и пеноалюминий, как наиболее распространенный в промышленности материал этого класса
- 1. 1. 1. Анализ способов получения пеноалюминия по данным патентного поиска и других источников
- 1. 1. 1. 1. Пеноалюминий, получаемый с использованием литейных технологий
- 1. 1. 1. 2. Пеноалюминий, получаемый с использованием порошковых технологий
- 1. 1. 1. Анализ способов получения пеноалюминия по данным патентного поиска и других источников
- 1. 1. Пенометаллы и пеноалюминий, как наиболее распространенный в промышленности материал этого класса
- 1. 2. Механическое легирование
- 1. 2. 1. Общие положения
- 1. 2. 2. Стадии механического легирования твердых веществ
- 1. 2. 3. Процессы, протекающие при механической обработке твердых веществ
- 1. 2. 4. Классификация диспергирующих аппаратов
- 1. 2. 5. Аппараты ударно-истирающего действия
- 1. 3. Механические свойства пеноалюминия
- 1. 4. Порофоры
- 1. 4. 1. СаСОз (мел)
- 1. 4. 2. Гидрид магния
- 1. 4. 3. Гидрид циркония
- 1. 4. 4. Гидрид гафния
- 1. 4. 5. Гидрид титана
- 1. 5. Выводы по обзору литературы
- 2. 1. Объекты исследования
- 2. 2. Оценка факторов, влияющих на процесс получения качественного пеноалюминия из вторичного алюминиевого сырья
- 2. 3. Подготовка исходных материалов для MJ1 и метода «вихревого» перемешивания
- 2. 3. 1. Получение матричных сплавов
- 2. 3. 2. Типы порофора (ТШг) и способы их получения
- 2. 4. Обработка порошковых смесей в аппаратах
- 2. 4. 1. Обработка в планетарной мельнице (ПМ)
- 2. 4. 2. Обработка порошка по методу «вихревого» перемешивания
- 2. 4. 3. Обработка в вибрационной мельнице
- 2. 5. Получение консолидированных образцов
- 2. 6. Методика вспенивания
- 2. 7. Методика исследования структуры и свойств
- 2. 7. 1. Приготовление шлифов из гранул и консолидированных образцов
- 2. 7. 2. Рентгеновский фазовый анализ
- 2. 7. 3. Определение гранулометрического состава и линейных размеров порошка гидрида титана и пор вспененного материала
- 2. 7. 4. Дифференциальный термический анализ
- 2. 7. 5. Оценка количества выделяющегося газа (водорода) из гидрида титана (ТШг)
- 2. 7. 6. Оценка плотности консолидированных образцов и пеноалюминия
- 2. 7. 7. Методика определения механических свойств 74 'V
- 2. 8. Статистическая обработка экспериментальных данных
- 3. 1. Расчет толщины стенки между порами
- 3. 2. Имитационная модель процесса пенообразования
- 3. 2. 1. Имитационная модель пенообразования без учета кристаллизации
- 3. 2. 2. Модель пенообразования с учетом кристаллизации
- 3. 2. 3. Характеристики качества пеноалюминия
- 3. 2. 4. Компьютерное моделирование процесса пенообразования пеноалюминия
- 3. 2. 5. Экспериментальное изучение вспенивания алюминия
- 3. 2. 6. Дальнейшие развитие моделирования вспенивания металлов
- 4. 1. Получение пеноалюминия методом MJI и методом «вихревого» перемешивания
- 4. 2. Влияние технологических параметров на процесс вспенивания
- 4. 2. 1. Влияние агрегатного состояния сплавов во время процесса дегидрирования и ширины их интервала кристаллизации на процесс пенообразования
- 4. 2. 2. Определение оптимального времени выдержки в печи во время вспенивания
- 4. 2. 3. Влияние содержания гидрида титана на процесс вспенивания
- 4. 2. 4. Влияние времени обработки в аппаратах на процесс вспенивания
- 4. 2. 5. Влияние температуры консолидации на процесс вспенивания 109 4.3. Механические свойства пеноалюминия
- 5. 1. Получение гидрида титана из вторичного титанового сырья, с применением метода MJ
- 5. 2. Влияние скорости нагрева консолидированных образцов на структуру и свойства пеноалюминия
Список литературы
- Davies G.J., Zhen S.// J. of Material Science. 1983. V. 18. P. 1899−1911.
- Арбузова Jl.А., Зенина M.B., Шмаков Ю. В., Андреев Д. А. // Цветные металлы. 1997. № 2. С. 611−618.
- Старовойтенко Е.И., Арбузова Л. А., Пасхин Л. Н., Косин В. И. // Технология легких сплавов. 1998. № 5−6. С. 45−51.
- Koch V., Thompson М. S., Nardon V.C. // IV Международная конф. по алюминиевым сплавам. USA. Atlanta. 1995. P. 387−394.
- Арбузова Л.А. и др. Процесс вспенивания плотных полуфабрикатов из пеноалюминия. // Цветные металлы. 2001. № 3. С. 79−82.
- Карпинос Д.М. Новые композиционные материалы. Киев: Вища школа, 1977.
- Evans, A. G. and Hutchinson, J. W., in Metal Foams and Porous Metal Structures, ed. J. Banhart, M. F. Ashby and N. A. Fleck. Verlag Metall Innovation Technologie MIT, Bremen, 1999, p. 45.
- J. Banhart, Progress in Materials Science 46 (2001) 610.
- L.J. Gibson, M.F. Ashby, in: Cellular Solids: Structure and Properties, second ed, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1997.
- S. W. Youn and C. G. Kang, «Fabrication of foamable Prekursors by powder compression and induction heating process», metallurgical and materials transactions, 08 2004.
- US 6,332,907 DECEMBER 25, 2001.42. US6090232 2000−07−18.43. US6094798 August 1, 2000.44. EP0927591 1999−07−07.45. EP0927590 1999−07−07.46. EP0927589 1999−07−07.47. DE19501508 1996−04−25.48. US6444330 2002−09−03.
- US 6,465,111 October 15, 2002.50. EP1004376 2000−05−31.51. DEI9651197 1997−06−19.
- US 5,221,324 June 22, 1993.65. US 5 281 251 1994−01−25.
- US 6,103,397 August 15, 2000.
- JP07−102 330 18.04.1995. 99.09−119 789 06.05.1997.
- US 5,564,064 October 8, 1996.
- US 5,972,521 October 26, 1999.
- US 5,384,203 January 24, 1995.
- US 5,930,580 July 27, 1999.
- US 6,250,362 June 26,2001.
- US 6,308,999 October 30, 2001.
- US 6,464,933 October 15, 2002.139. DE10131041 2002−01−24.140. EP1028169 A3 2000−08−16.141. EP1055470 2000−11−29.142. EP1072839 2001−01−31.143. EP1036616 2000−09−20.144. EP1028283. 2000−08−16.
- US5632319. Shan-Chanq, Kou-Chanq Su. Method for manufacturing environmentally conscious foamed aluminum materials. 1997−05−27.
- US5516592. Yang- Chin-Chan, Su- Kou-Chang, Chen- Wen-Chi, Chueh- Shan-Chang. Manufacture of foamed aluminum alloy composites. 1996−05−14.
- W09325718. Gh Czy Ivan, Saur Erhard. Process for making moldings and use thereof. 199 312−23.148. CH684072. 1994−07−15.
- Патент Ru 2 138 367 CI. Арбузова JI.A., Трубкина E.M. и др. Способ получения пористых полуфабрикатов из порошков алюминиевых сплавов. 1999.09.27.
- Патент Ru 2 153 957 С1. 2000.08.10.
- Тугубалин А. В. Пористые металлы //Литейное производство. 1993. № 10. С. 4−5.
- С.С. Yang, Н. Nakae. Foaming characteristics control during production of aluminum alloy foam. Journal of Alloys and Compounds 313 (2000) 188−191.
- Kobashi M., Kantake N. Controlling Technique of Pore Morphology of Highly Reliable Aluminum Foam. Department of Materials Processing Engineering, Graduate School of Engineering. Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya, 464−8603, Japan.
- Gdoutos E.E., Daniel I.M., Wang K.-A. Failure of cellular foams under multiaxial loading. Composites: Part A 33 (2002) 163 176.
- A.Reyes, O.S.Hopperstad, M.Langseth. Aluminum foam-filled extrusions subjected to oblique loading: experimental and numerical study. International Journal of Solids and Structures 41 (2004) 16 451 675.
- C.C. Yang, Н. Nakae. The effects of viscosity and cooling conditions on the foamability of aluminum alloy. Journal of Materials Processing Technology 141 (2003) 202−206.
- A. Sosnik, US Patent 2 434 775 (1948).
- H. Ueno, S. Akiyama, Light Metal 37 (1987) 42, (in Japanese).
- Asholt, P., in Metal Foams and Porous Metal Structures, ed. J. Banhart, M. F. Ashby and N.
- A. Fleck. Verlag Metall Innovation Technologie MIT, Bremen, 1999, p. 133.
- Miyoshi, Т., Itoh, M., Akiyama, S. and Kitahara, A., Mat. Res. Symp. Proc. 1998, 521, 133.
- Nakajima H, Hyun SK, Ohashi K, OtaK, Murakami K. Colloids Surfaces A 2001 -179:209.
- Michizu S., Hidetoshi U. Unoho J. Jap. Foundrymen’s Soc. 1991. 63. № L. P.9−14
- Ac 558 953 МКИ С 22 С 1/08. Способ получения пористых отливок / Т. П. Борисов, Ю.
- B. Моисеев, А. В. Наривский // Открытия. Изобретения. 1977. № 19.
- Патент Ru 2 121 904 С1, 1998.11.20.
- Е. JI. Фурман, С. П. Казанцев, М. В. Минин. Получение литых пористых материалов. // Литейное производство № 6, 2002.
- Патент Ru 2 154 548 С1, 2000.08.20
- Патент Ru 2 085 339 С1, 1997.07.27
- Патент Ru 2 139 774 С1, 1999.10.20
- Duarte, J. Banhart. A study of aluminium foam formation kinetics and microstructure. // Acta materials. 48 (2000) 2349 — 2362.
- Banhart, J., Foam metal: the recipe. // Europhysics News, 1999, 30, 17.
- Banhart, J. and Baumeister, J., Deformation characteristics of metal foams, J. Material Scientist., 1998, 33, 1431.
- Weaire, D. and Hutzler, S., The Physics of Foams. Oxford University Press, Oxford, 1999.
- Youn S.W., Kang C.G. Fabrication of foamable precursors by powder compression and induction heating process.// J. of Material Science. 2003. V. 18. P. 769−776.
- J. Baumeister, German Patent 4, 018, 360, 1990.
- Филипп Т., Кен С. От частиц к сплошным материалам: «Conform» для вторичного сырья и специальных сплавов. // J. of Aluminium international today. Ноябрь, 2003. С. 18−20.
- Новикова М.Б., Трубкина Е. М., Богданов В. А. Процесс вспенивания плотных полуфабрикатов из пеноалюминия. // Цветные металлы, 2001, № 3. С. 96−98.
- D. М. Elzey and Н. N. G. Wadley. The limits of solid state foaming. Acta mater. 49 (2001) 849−859.
- Аввакумов В.Г. Механические методы активации химических процессов. -Новосибирск: Наука, 1979.
- Боуден Ф. П. Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел. Пер. с англ. М.: Машностроение, 1968.
- Хайнике Г. Трибохимия. Пер. с англ. М.: Мир, 1987.
- Молчанов В.И., Селезнева О. Г., Жирнов Е. Н. Активация минералов при измельчении. -М.: Недра, 1988.
- С. Suryanarayana. // Progress in materials science, 46 (2001), P. 1−184.
- Y. Sugimura, J. Meyer, M.Y. He, H. Bart-Smith, J. Grenestedt, A.G. Evans, Acta Mater. 45 (1997)5245.
- E. Andrews, W. Sanders, L.J. Gibson, Mater. Sci. Eng. A270 (1999) 113.
- F. Simancik, J. Jerz, J. Kovacik, P. Minar, Kovove Materialy 35 (4) (1997) 265−277.
- М.Б. Новикова, E.M. Трубкина, ОАО «ВИЛС». Влияние содержание армирующего компонента и порофора на процесс вспенивания и структуру порового пространства пенокомпозитов на основе алюминиевого сплава. // Цветные металлы, 2001, № 4.
- Youn S.W., Kang C.G. Evaluation of mechanical properties of porous 6061 alloys fabricated by the powder compression and induction heating process.// J. of Material Science. 2004. V. 18. P.2419−2426.
- E. Koza, M. Leonowicz, S. Wojciechowski, F. Simancik. Compressive strength of aluminium foams. Materials Letters 58 (2003) 132-Т35~. 7 .
- A.F. Bastawros, H. Bart-Smith, A.G. Evans. Experimental analysis of.' deformation mechanisms in a closed-cell aluminum alloy foamJournal of the Mechanics and Physics of Solids 48 (2000) 301−322.
- K.C.Chan, L.S.Xie. Dependency of densification properties on cell topology of metal foams.// Scripta Materialia 48 (2003)1147−1152.
- F. Simancik, H.P. Degischer, H. Worz, Euromat '95, Assoziazione Italiana di Metallurgica, Milano, 1995.
- J. W. Paek, В. H. Kang, S. Y. Kim, J. M. Hyun. Effective Thermal Conductivity and Permeability of Aluminum Foam Materials.// International Journal of Thermophysics, Vol. 21, No. 2, 2000.193. www.niistali.ru
- Libowitz, G.G.: Journal. Nuclear Materials, 2, 1 (1960).
- Hagg G., Z. physical Chemistry. 12, 33 (1931).
- Whit wham P., Mem. sclent. Revue Metall., 57, 1 (1960).
- Vaughan D. A., Bridge J. R./ Metals, 8, 528 (1956).
- YaKel H. Г., Acta Crystallography., 11,46 (1958).
- Rundle R. E. C. G. Shull and E. O. Wollan. The crystal structure of thorium and zirconium dihydrides by X-ray and neutron diffraction. Acta Crystallographica. 1952. V. 5, p. 22−24.
- Gulbransen E. A., Andrew K. F., a) Electrochem. Soc, 101, 474 (1954) — 96, 364 (1949) — b) Metals, 7, 136 (1955) — c) Trans. AIMME, 188, 586 (1959).
- BicKol P. W., цитируется Либовицем в 194.
- JacK К. H., 1955 (данные цитируются в 194.).
- Bailey J. Е., Acta Metall., 11, 267 (1963) — Int. Conf. Electron, Microsc, 1, Paper K9, 1962.
- Ells С E., McQuillan A. D., /. Inst. Metals, 85, 89 (1956).
- Hall M. N. A. et al., Trans. Farad. Soc. 41, 306 (1944).
- Douglas Т. В., J. Am. Chem. Soc, 80, 5040 (1958).
- Albrecht W. M" J. Electrochem. Soc, 104, 142 (1957).
- Schwartz С. M" Mallett M. W. Trans. ASM, 46, 646 (1954).
- Martin S. L. H., Rees A. L. G., Trans. Farad. Soc, 50, 22, 343 (1954) — Rees A. L. G., ibid., 335.
- Brown</span> A., Hardy D., /. Nucl. Mater., 4, 110 (1961).
- Sidhu S. S. et al., a) Acta Crystallogr., 9, 607 (1956) — b) 7, 447 (1954) — c) Sidhu S. S" McGuire J. C, J. Appl. Phys., 23, 1257 (1957).2T2. Sidhu S.~S. et al.77,447 (1954). «- ~ «
- Edwards R. K., VelecKis E., J. Phys. Chem., Ithaka, 66, 1657 J. (1962).
- Espagno L. et al., a) Comptes rendus Acad. Sci., Paris, 247, 83 (1958) — b) 249, 1105 (1959) — c) Mem. scient. Revue Metall., 57, 254 (1960) — d) 59, 182 (1962) — e) Comptes rendus Acad. Sci., Paris, 250, 4352 (1960).
- Водородная технология титановых сплавов / А. А. Ильин, Б. А. Колачев, В. К. Носов, A.M. Мамонов. Москва. МИСиС, 2002.
- Рентгенографическое исследование гидридов титана в промышленных сплавах титана / Н. В. Агеев, А. А. Бабарэко, Е. Б. Рубина, С. Я. Бецофен и др. МиТОМ, 1976, № 2, с. 19−27.
- Рубцов А.Н., Олесов Ю. Г., Антонова М. М. Гидрирование титановых материалов. «Наукова думка». Киев 1971.
- Pat. № 3 017 299- Official Gasette of the U. S. Patent Office, 16/1−1962, 774, 3, 636.
- Pat. № 2 905 547- Official Gasette of the U. S. Patent Office, 22/1X-1959, 746, 4.
- Pat. № 886 002- Abridgement of specifications, 3/1, 62, 2.
- Крылов B.C.- В кн.: Титан и его сплавы, 10. Изд-во АН СССР, 1963, 159.
- Ливанов В.А., Буханова А. А., Колачев Б. А. Водород в титане. ГНТИ, М., 1962.
- Новиков И.И., Строганов Г. Б., Новиков А. И. Металловедение, термообработка и рентгенография. Учебник для вузов. М.: МИСиС, 1994. — 480 с.
- Аксенов А.А. Оптимизация состава и структуры композиционных материалов на медной и алюминиевой основе, получаемых жидкофазными методами и механическим легированием. Автореф. Дис. докт. техн. наук. М.: МИСиС. 2007.
- Шелехов Е.В.// Тр. Нац. конф. по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов. Дубна: ОИЯИ, 1997. № 3. С. 316.
- СалтыковС.А. Стериометрическая металлография. -М.: Металлургия, 1970. 375 с ил.
- Пузаков К.С. Фазовые превращения в сплавах системы Al-Cu-Mn-Si-Ti-Zr-Cd и разработка режимов термической обработки сплавов этой системы. Дисс. к.т.н. Москва. 1989.
- Золоторевский B.C. Механические свойства металлов. Учебник для вузов. М.: МИСиС. 1998. 400с.
- Иванов И.А., Дуб А.В. Применение фрактальной параметризации для моделированиягпроцессов формирования первичной кристаллической структуры металлов. // Металлы Москва: ЭЛИЗ, № 4, 2005, С. 17−25.
- Дуб B.C., Дуб А. В., Макарычева Е. В., Иванов И. А. Теоретические основы кристаллизации сплавов на основе железа. // Тезисы докладов IX конгресса сталеплавильщиков -Старый Оскол, 2006.
- Дуб А.В., Дуб B.C., Макарычева Е. В., Иванов И. А. Факторы управления процессами затвердевания. // Электрометаллургия Москва: Наука и технологии, № 11, 2006, С 18−22.
- Дуб А.В., Иванов И. А. Программа имитационного моделирования процесса кристаллизации металлов. // Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2 005 613 069,2005.
- Иванов И.А., Иванов Д. О., Аксенов А. А., Дуб А. В. Имитационная модель процесса пенообразования в алюминиевых расплавах. // Металлы Москва: ЭЛИЗ, № 6, 2006, С. 60−65.
- Дуб А.В., Иванов И. А., Аксенов А. А., Иванов Д. О. Программа имитационного моделирования процесса пенообразования алюминиевых расплавов. // Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2 005 613 069, 2005.
- Борисов В.Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка. Москва: Металлургия. 224 с. (1997).п &
- Филиппова В.Б. Структурные факторы деформации и разрушения пористых материалов. Автореф. дис. конд. техн. наук. М.: МИСиС. 2004.
- Коган Я.Д., Колачев Б. А., Левинский Ю. В. Константы взаимодействия металлов с газами. М.: Металлургия, 1987.
- Колачев Б.А., Елагин В. И., Ливанов В. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. Учебник для вузов /. М.: МИСиС, 1999. 416 с.
- Порошковая металлургия титана./ Устинов B.C., Олесов Ю. Г., Дрозденко В. А., Антипин Л. Н. М.: Металлургия, 1981. V