171391. lajstromszámú szabadalom • Eljárás diszperzióval erősített aluminium ötvözetlemezek előállítására

3 171391 4 míniumot és a Fe, Ni és Mn fémek közül legalább egyet, általában kettőt tartalmaz. A pálcikák (szálak) átlagos átmérője 0,1—0,8 mikron. A legalkalmasabb módszer pálcika (szál) alakú intermetallikus fázisok alumíniumtömbben történő előállítására az, hogy olyan eutektikus ötvözetet öntünk — az ún. „páros növekedés" létrejöttéhez szükséges körülmények között - amely a dermedés (megszilárdulás) során az alumíniummal antermetallikus fázisokat képező ötvöző elemeket tartalmaz. A „páros növekedés"jelensége J.D.Livingston [Materials Engineering 7. k., 61-70. old. (1967)] közleményéből jól ismert. Ismeretes, hogy ha egy eutektikus vagy közel eutektikus összetételű ötvözet-olvadék tömeget hőelvonással oly módon dermesztünk meg, hogy a tömeg egyik vége irányában hőmérséklet-gradienst alkalmazunk, akkor a fém-matrixban rendezett, lamellavagy pálcika (szál)-alakú intermetallikus fázisok nőhetnek. Ezek a pálcikák vagy lamellák a rendszerre erősítő hatást fejtenek ki, mely különösen abban nyilvánul meg, hogy a szakítószilárdság a lamellák vagy pálcikák hossztengelye irányában megnő. A lamellás vagy pálcikás (szálas) eutektikus szerkezeteket néha „szabályos" vagy ,<normális" eutektikumoknak is nevezik, megkülönböztetésül az eutektikus elegyek dermedésénél képződő szabálytalan vagy fazettás szerkezetektől. Jól ismert,, hogy az olyan „szabályos" eutektikumok, melyekben az intermetallikus fázisok térfogataránya kicsiny — kisebb, mint 30% - pálcika, míg az egyenlő (50-50) térfogatarányhoz közelebb eső térfogatarányú eutektikumok lamellás szerkezetté szilárdulnak meg. Bizonyos eutektikumokban kis növekedési sebességnél lamellás, nagy növekedési sebességnél pedig pálcikaszerű struktúra alakul ki. Szennyeződések és az ezeket kísérő „sejtes" vagy „csoportos" növekedés a pálcikaszerű struktúra kialakulását segítik elő. A találmány szerinti eljárással előállított, diszperzióval erősített termékek szempontjából a lamellás struktúrájú öntvények érdektelenek. Az intermetallikus fázis pálcikái (szálai) nem szükségszerűen hengeres formájúak, lehetnek hat- vagy négyszögletes keresztmetszetűek is, hosszabb és rövidebb tengelyük hosszaránya 5:1. Az egyedi pálcikák némileg el is ágazhatnak, de lényegében egyenletes keresztmetszetűek. Mindig jól megkülönböztethetők a lamellás típusú vagy durva szabálytalan struktúráktól. A pálcikaszerű (szálas) intermetallikus fázisokat tartalmazó öntvény-tömbök ismert előállítási eljárásainál a hűtést rendszerint igen lassan, olyan körülmények között végzik, amely lehetővé teszi egy lényegében sík megszilárdulási (dermedési) front fenntartását. Ilyen körülmények között az öntés irányában rendeződött, durva intermetallikus pálcikák (szálak) keletkeznek. Számtalan szálerősített elegyet állítottak elő nagytisztaságú eutektikumok lassú, egyirányú dermesztése útján. Ezek az anyagok nagy mértékben anizotropok, és az intermetallikus fázisok erősítő hatása főleg a pálcikák (szálak) irányában érvényesül. Ezek az anyagok a lassú hűtés, és a fémes adalékanyagokkal szemben támasztott nagy tisztasági követelmények miatt egyrészt drágák, másrészt törékenyek is. Ez utóbbi tulajdonságuknak az az oka, hogy a durva intermetallikus fázisok ridegen törnek vagy delamínálódnak. Noha a szálerősített fém-öntvényeket laboratóriumban széleskörűen vizsgálták, ipari előállításuk eddig olyan gondosságot igényelt és oly lassú volt, hogy 5 kereskedelmi jelentőségük csak igen korlátozott mértékben volt. Az ismert szálas intermetallikus fázisokat tartalmazó öntvényekkel szemben a találmány szerinti 10 öntvények esetében nincs olyan követelmény, hogy a diszpergált fázis az öntvény-tömegen belül rendezett formában helyezkedjen el. Éppen ellenkezőleg, az az előnyös, ha ennek a fázisnak eloszlása rendezetlen. Következésképpen a találmány szerinti eljárásnál nem 15 szükséges, hogy a dermedési front sík legyen. Ezért az öntvények a szokásos, közvetlen hűtésű, folyamatos öntési eljárással („chill casting") is készíthetők olyan körülmények között, melyek lehetővé teszik a kívánt átmérőjű pálcika alakú (szálas) intermetallikus fázis és 20 a képlékenyebb alumínium-mátrix „páros növekedését". Jó minőségű, diszperzióval erősített termékek kaphatók akkor, ha az öntvényt úgy készítjük, hogy az intermetallikus fázis egymáshoz közel elhelyezkedő, 0,1-1,5 mikron átlagos átmérőjű pál-25 cikák (szálak) alakjában növekszik, melyeket azután az ezt követő megmunkálási művelet során egyenletes diszperzió alakjában oszlatunk el. Az öntött tömegben a pálcikák egymástól mért 30 távolsága előnyösen kisebb, mint 1 mikron, azért, hogy a végtermékben a diszpergált részecskék közötti távolság igen kicsi legyen, a részecskék átlagos átmérője pedig legföljebb 2 mikron, előnyösen 0,2-1 mikron. Az átlagos részecskeátmérő megha-35 tarozásának módszerét a következőkben írjuk le. A hengerelt termékekben a diszpergált intermetallikus fázis részecskéinek átmérője elég kicsiny kell legyen ahhoz, hogy valamely részecske és 40 legközelebbi szomszédja közötti távolság 3 mikronnál kisebb legyen, és a hidegalakítás során a részecskék egy ilyen méretű diszlokációs sejtszerkezetet képezzenek és stabilizáljanak, vagy lágyítás után megtartsák ezt a részecskeátmérő-méretet. Ha a részecskék 45 közötti távolság átlagosan meghaladja a 3 mikront, akkor a szilárdság fokozatosan olyan értékre csökken, aminek kereskedelmi jelentősége már nincs. A diszperz részecskék túl kicsik (kb. 0,1 mikronnál kisebbek), akkor az alumínium mátrixban nem 50 maradnak meg nagyszögű irányítatlansági határvonalak, és az anyag olyan standard ötvözetekhez hasonlóan fog viselkedni, amelyeknél a szilárd részecskéket szilárd oldatból hőkezeléssel csapják ki. Ellentétben a pálcikaszerű (szálas) fázis fizikai 55 szétoszlatásával (homogén diszpergálásával) létrehozott részecskékkel, a normál hőkezeléssel kicsapott részecskék átmérője 0,1 mikronnál kisebb. Ha az intermetallikus részecskék az eutektikus ötvözetekből készült termékekben túl nagy méretűek, vagy 60 eloszlásuk nem egyenletes, akkor e részecskék feszültség-koncentrációs gócokként vagy repedés-terjedési hibahelyekként hatnak, és az anyag elveszti szívósságát vagy alakíthatóságát. Ebben az esetben a folyási határ és az átkristályosodási hőmérséklet is 65 csökken. 2