171391. lajstromszámú szabadalom • Eljárás diszperzióval erősített aluminium ötvözetlemezek előállítására
5 171391 6 Az eddigi tapasztalatok szerint a szilárdság és alakíthatóság szempontjából legnagyobb kereskedelmi jelentősége az 5,0—12 térfogat% intermetallikus fázis tartalmú ötvözeteknek van. Mint már említettük, bár a 0,1-2 mikron átlagos részecske átmérőjű ötvözetek már kielégítő tulajdonságokkal rendelkeznek, előnyös ha az átlagos részecske átmérő 0,2 és 1,0 mikron között van. Az átlagos részecske átmérőt úgy határozzuk meg, hogy egy metszet mikrográfján megszámoljuk az egységnyi területre eső részecskék számát. A számolásnál nem vesszük figyelembe a durva, primer intermetallikus részecskéket, valamint a szilárd oldatból kicsapott finom részecskéket. Ezeket a részecskéket a gyakorlott metallurgus könnyen felismeri. Az átlagos részecskeátmérőt a következő képlet segítségével számítjuk ki: d = 0,90VV/VN^ ahol: d = részecskeátmérő, Np = az egységnyi területre eső részecskék száma, V = az intermetallikus fázis térfogat-törtje (0,05-0,20). A fenti képlet a részecskék méretét egy, a részecskék térfogatával egyenlő térfogatú gömb átmérőjeként adja meg. Valamely hengeres pálca aprításával keletkezett, nyújtott alakú részecske ilyen értelmű átmérője általában nagyobb, mint annak a pálcának átmérője, amelyből képződött. Mivel nincs szükség arra, hogy a páros fázisok egy irányban rendezettek legyenek, ezért nem szükséges megakadályoznunk az (szennyezések szegregációja okozta) eutektikus, sejtes növekedést, és így az ötvözet-öntvény előállítására a kereskedelmi forgalomban kapható tisztasági fokú alumínium is használható. A sejtes vagy „kolóniás" megszilárdulási mód rendezetlen intermetallikus pálcikákat eredményez. Az ötvözet-öntvény előállítása során a fémöntést olyan körülmények között kell végezni, hogy az olvadék és szilárd fém fázishatára előtt a fémolvadékban az intermetallikus fázisból gócok ne képződhessenek. Durva, primer intermetallikus részecskék 2 tf%-nál kisebb mennyiségben még megengedhetők ugyan, de nagyon kívánatos, hogy ilyenek egyáltalában ne legyenek jelen. Ha a durva intermetallikus részecskék mennyisége kisebb, mint 2 tf%, akkor az öntvény a találmány szerinti eljárás szempontjából lényegében ilyen részecskéktől mentesnek minősíthető. Megállapítottuk, hogy a primer részecskék növekedése úgy akadályozható meg, hogy a dermedési front közvetlen közelében a fémolvadékban legalább 5 C°/cm hőfok-gradienst biztosítunk. Ha a megszilárdulási front közelében megfelelő hőfokgradiens-szabályozást végzünk, akkor olyan fémolvadékból, melyben az ötvöző elemek mennyisége az eutektikus összetételt max, 10%-kal meghaladják, elő lehet állítani olyan alumínium-ötvözet-öntvényt, amely 2 tf%-nál kevesebb primer intermetallikus részecskét tartalmaz. Annak érdekében, hogy a pálcika alakú (szálas) finom diszperz-fázis részecskéinek egymástól mért távolsága előnyösen 1 mikron vagy ennél kisebb legyen, a növekedés sebességének (vagyis a szilárd fém 5 dermedési frontra merőleges irányban történő lerakódása sebességének) legalább 1 cm/perc-nek kell lennie. Mint látható, az öntési eljárással szemben támasztott követelmények olyanok, hogy a kívánt minőségű bugák a szokásos, közvetlen hűtéses (ún. 10 „direct chill"), folyamatos öntési módszerrel előállíthatók. Ennél a módszernél a nyitott öntőformából kilépő' öntecs felületét közvetlenül hűtjük a hűtőközeggel. Ez az öntési mód erős kontrasztja annak, az előbbiekben említett igen lassú módszer-15 nek, amellyel az egyirányban növesztett, durva intermetallikus szálakkal erősített ötvözeteket állítják elő. A közvetlen hűtéses, folyamatos öntési módszer — különösen ha üvegszövet-elosztóval ellátott felöntőfejet alkalmazunk - a dermedési front környezeté-20 ben, aránylag stabilis körülmények biztosítását teszi lehetővé azáltal, hogy a formából kilépő öntecs felületére vezetett hűtőközeggel a megszilárdult fémet erőteljesen hűtjük, és ugyanakkor friss fémolvadékot táplálunk a formába. Ez lehetővé teszi a kívánt nagy 25 növekedési sebességet és a fém matrix, valamint az intermetallikus fázis durva primer intermetallikus részecskék képződésétől mentes páros növekedéséhez szükséges nagy hőfokgradiens elérését. Az itt használt „eutektikus összetételek" binér, 30 ternér és magasabb rendű eutektikus összetételeket, valamint ezen eutektikumok közelébe eső összetételeket jelentik, amelyeken belül a duktilis fém alumínium fázis és egy vagy több pálcikaszerű (szálas) intermatallikus fázis egyidejű kiválása lehetséges. 35 „Eutektikus összetétel "-nek tekintjük továbbá az olyan összetételeket is, melyek az eutektikus jellegű fázismezők közötti határokat közelítik meg, például valamely egyváltozós ötvözetet, vagyis olyan ötvözetet, amely egy szabadsági fokú eutektikus reakció-40 val szilárdul meg. Általánosságban kimondhatjuk, hogy a kívánt pálcikaszerű (szálas) intermetallikus fázis - durva, primer intermetallikus részecskék vagy primer alumínium dendritek túlzott mértékű növekedése nélkül - olyan „eutektikus összetételekből" 45 hozható létre, amelyekben a fő ötvözőelemek össz-mennyisége legföljebb 10%-kal van felette, vagy 20%-kal van alatta az eutektikumbeli mennyiségnek. Előnyös, ha az ötvözőelem-tartalom az eutektikus 50 összetételnek mefelelő tartalomnak 90-100%-a. Ha az ötvözőelem-tartalom kevesebb, mint az eutektikus összetételnek megfelelő, akkor (a kívánt eutektikus szerkezet mellett) primer alumínium-dendritek keletkeznek. Ebben az esetben a mikroszerkezet lénye-55 gében intermetallikus fázisoktól mentes alumínium dendrit cellákból és a dendrit cellák határán képződő pálcikaszerű eutektikus szerkezetből fog állni. Az intermetallikus pálcikáktól mentes nagy területek jelenléte nyilvánvalóan csökkenti a részecske-disz-60 perzió egyenletességét a hengerlés vagy egyéb, a rideg intermetallikus fázis aprítása és diszpergálása céljából végzett megmunkálás során. Egy adott növekedési sebességnél a teljes mértékben párosan növekvő szerkezet az optimális, ennek ellenére alumínium 65 dendritek jelenléte megengedhető, feltéve, hogy az 3
