СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С УЛЬТРАМЕЛКОЗЕРНИСТОЙ СТРУКТУРОЙ
METHOD TO PRODUCE ALUMINIUM COMPOSITE MATERIAL WITH ULTRA-FINE STRUCTURE

Изобретение относится к области изготовления композиционных материалов для получения заготовок и полуфабрикатов и может быть использовано в авиационной и космической технике для изготовления деталей с повышенными эксплуатационными свойствами.
Известен способ изготовления композиционных материалов методами порошковой металлургии (И.Н. Фридляндер «Алюминиевые деформируемые конструкционные сплавы», Москва: «Металлургия», 1979, с.184), заключающийся в получении смеси порошков металла и композиционной составляющей в заданной пропорции, компактировании заготовки, ее спекании и дальнейшей обработке пластической деформацией при повышенной температуре. Недостатком этого способа является невозможность получения компакта без пор, что существенно снижает эксплуатационные характеристики изделий. Кроме того, наличие на поверхности частичек порошка окислов требует проведения работ в специальной атмосфере, что существенно повышает сложность и стоимость работ.
Известен способ получения слоистого композиционного материала (патент РФ №2477203, МПК В23К 20/22, опубл. 10.03.2013 г.), заключающийся в наборе пакета пластин из основного материала и промежуточных слоев из композитной составляющей и приложения к пакету нагрузки при повышенной температуре для обеспечения диффузионной сварки пакета. Недостатком этого способа является пониженная прочность заготовки по границам сварки и разнородность свойств по осям заготовки, что существенно снижает эксплуатационные характеристики деталей из такого материала.
Описанный способ принят за прототип.
Задачей изобретения является получение алюминиевого композиционного материала с ультрамелкозернистой структурой, обладающего повышенными характеристиками прочности, износостойкости при сохранении высоких тепло- и электропроводности.
Поставленная задача решается способом получения алюминиевого композиционного материала, заключающимся в получении заготовки путем набора пакета из пластин алюминиевого сплава и промежуточных слоев композиционной составляющей, нагреве пакета и приложении к нему сжимающего усилия для обеспечения диффузионной сварки, в котором, в отличие от прототипа, полученную заготовку подвергают дальнейшей обработке путем интенсивной пластической деформации всесторонней ковкой с последовательной сменой направления деформирования по трем осям координат заготовки со ступенчатым снижением температуры деформирования и достижением в объеме заготовки степени накопленной деформации не менее 3.
Указанный технический результат достигается благодаря равномерному распределению композиционной составляющей по объему материала и измельчению зерна до ультрамелкозернистой структуры за счет интенсивной пластической деформации всесторонней ковкой.
Пример реализации предлагаемого способа.
Из пластин алюминиевого сплава АД31 толщиной 0,3 мм и размером 43×65 мм с напыленным с двух сторон слоем нитрида титана набран пакет, который затем нагрели до 400°C и приложили к нему сжимающее усилие 100 т, обеспечив этим диффузионную сварку пластин пакета. Далее полученный пакет, нагретый до 400°C, подвергли интенсивной пластической деформации всесторонней ковкой, меняя последовательно направление деформирования по трем осям координат заготовки со ступенчатым снижением температуры до 185°C и достижением степени накопленной деформации е=13. За счет этой обработки происходит деформация простого сдвига, в результате которой достигается равномерное распределение композитной составляющей по объему заготовки измельчение зерен полученного материала до ультрамелкозернистой структуры. Таким образом, получен плотный алюминиевый композиционный материал с ультрамелкозернистой структурой, обладающий высокими эксплуатационными свойствами - прочностью, твердостью, износостойкостью при хороших показателях тепло- и электропроводности.
По результатам исследований образцов из полученного материала микротвердость составила 1316±52 МПа, а электропроводность -  31,9±0,35 МСм/м, что превышает аналогичные показатели алюминиевого сплава АД31: микротвердость 800±15 МПа, а электропроводность 31,4±0,2 МСм/м.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет получить алюминиевый композиционный материал с ультрамелкозернистой структурой, обладающий повышенными эксплуатационными характеристиками.