Effect of Sintering Temperature and Aluminum Concentration on the Hardness, Microstructure and Density of Copper-Aluminum Alloys

Abstract

За останні десятиліття технологія порошкової металургії значно просунулася вперед і застосовується для виробництва спечених конструкційних компонентів з надзвичайно високою точністю розмірів та відмінною обробкою поверхні. Цей процес заснований на пресуванні суміші металевого порошку та спіканні в печі з використанням контрольованої температури та атмосфери. Дана технологія відповідає вимогам до структури мідних сплавів з кращими механічними властивостями при найменших витратах. Це спонукало нас вивчити вплив температури спікання та концентрації алюмінію на твердість, мікроструктуру та щільність мідно-алюмінієвих (Cu-Al) сплавів, отриманих за допомогою процесу пресування порошку. У роботі зразки сплаву Cu-Al з 5, 11, 14 та 18 мас. % Al отримували механічним легуванням порошків з подальшим спіканням під тиском 12,5 МПа при 700-1000 °C у вакуумі протягом 90 хв. Дослідження мікроструктури проводились методом рентгенівської дифракції. Проведені вимірювання щільності і твердості та встановлена їх залежність від розміру гранул та утворених фаз. Зразки фази y2 показали вищу твердість.

In recent decades, powder metallurgy technology has advanced considerably and been used to manufacture sintered structural components with extremely high dimensional accuracy and excellent surface finish. This process is based on the compression of a mixture of metal powder and sintering in an oven using controlled temperature and atmosphere. This technology meets copper alloys design with excellent mechanical properties at the lowest cost. This prompted us to study the effect of sintering temperature and aluminum concentration on the hardness, microstructure, and density of copper-aluminum (Cu-Al) alloys prepared by using the powder compaction process. In this work, samples of Cu-Al alloy with 5, 11, 14, and 18 wt. % of Al were prepared by mechanical alloying of elemental powders, followed by consolidation under a pressure of 12.5 MPa and sintering at 700-1000 °C in vacuum for 90 min. Microstructural constituents were examined using X-ray diffraction. Density and hardness were measured and their changes with the size of the granules and the formed phases were studied. The y2 phase samples showed higher hardness.