Сучасний розвиток машинобудування зумовлює створення принципово нових конструкційних багатофункціональних матеріалів, що мають достатньо високі механічні властивості. У разі використання їх як антифрикційних матеріалів вони повинні мати достатньо високий рівень механічної міцності при високих навантаженнях, підвищену зносостійкість та  низький коефіцієнт тертя. При застосуванні таких матеріалів при створенні ряду деталей  вузлів і механізмів у машинобудуванні, авіаційної і ракетно-космічної техніки до них також ставиться вимога мати малу густину [1]. У цьому відношенні перспективними є легкі композиційні матеріали на основі алюмінію, що поєднують в собі компоненти із високим модулем Юнга, та елементи із суттєво меншими значеннями модуля пружності. Комбінуючи об'ємний вміст компонентів, можна одержувати композиційні матеріали з необхідними значеннями основних фізико-механічних та функціональних властивостей.

Тепер у світі приділяється значна увага розробці матеріалів на основі алюмінію, зміцненого твердою дисперсною фазою. В таких матеріалах як дисперсно-зміцнювальну фазу використовують тверді сполуки перехідних металів та інтерметаліди алюмінію з ними [1]–[3], сполуки вуглецю з бором та інше. Одними із перспективних матеріалів можуть бути матеріали системи Al-Fe, в яких як дисперсно-зміцнювальна фаза виступають інтерметаліди Al_xFe_y. При цьому для створення таких матеріалів перспективним є застосування технологій, які базуються на методах порошкової металургії, які дозволяють отримувати композиційні матеріали практично з необмеженої кількості компонентів, які знаходяться в дисперсному стані. Останнє має важливе значення при створенні матеріалів з підвищеними механічними характеристиками [1]. Тому отримання таких матеріалів є досить актуальною задачею.

Метою роботи було вивчення умов компактування порошків з композиції Al + 15% Fe, отриманих механічним диспергуванням розплавів, методом гарячого штампування.

Вихідні порошки отримували методом механічного диспергування розплавів [4], виходячи з передбачення,  що інтерметаліди заліза Al_xFe_y, які мають місце у цих сплавах [5]–[6] (рис. 1, а) завдяки великій швидкості охолодження будуть кристалізуватись у вигляді дисперсних вкраплень. Для отримання порошків використовували шихту, яка складалась із 85% алюмінію та 15% заліза. Шихта плавилась в індукційній печі за температури  1250 ^оС і ізотермічної витримки протягом 30 хв з метою гомогенізації розплаву. Отриманий розплав поступав на розпилювання на установці для механічного диспергування за допомогою “полет" [4] при їх швидкості обертання 2800 об/хв. Загальний вигляд та структура отриманих порошків показана на рис. 1, б.

Як структура сплавів, отриманих литвом (рис. 1, а), так і отриманих диспергуванням розплаву (рис. 1, б), двофазна і складається з темно-сірої та світло-сірої фаз. Згідно рентгенівського фазового аналізу, світло-сірою фазою є інтерметалід  Al₃Fe, а сірою – Al. У литому сплаві інтерметаліди знаходяться у вигляді дрібних та крупних кристалів видовженої форми довжиною від 50 мкм до 2000 мкм. У порошках, отриманих диспергуванням розплаву, інтерметалідна фаза знаходиться у вигляді дисперсних вкраплень рівновісної форми з розмірами від 2 мкм до 5 мкм та окремих вкраплень голчастої форми довжиною до 30 мкм і у перетині до 5 мкм.

Рис. 1. Мікроструктура  сплаву Al-Fe,  отриманого кристалізацією розплаву в металевому кокілі (а) [4], та порошків, отриманих механічним диспергуванням розплаву Al-Fe (б)

У роботі вивчався процес компактування порошків, отриманих методом механічного диспергування розплаву гарячою штамповкою. Для цього з вихідних порошків пресували заготівки, які попередньо нагрівали за температур 750 ^оС, 800 ^оС та 850 ^оС протягом 25 хв. і потім ущільнювали на дугостаторному пресі ФБ–1730 для гарячого штампування за енергії 150Н•м/см³. Вивчалась щільність, твердість та мікроструктура отриманих таким чином зразків.

Щільність отриманих матеріалів, отриманих за різних умов, була на рівні 97,2%...99,8%. Твердість складала  45…58 HВ залежно від умов отримання.

Результати дослідження структури показані на рис. 2– 4. Як видно з рисунків, матеріали, отримані за різних умов, практично мають однакову структуру. В них відсутні пори, що підтверджує результати вимірювання щільності матеріалів. Структура матеріалів складається із зерен, розмір яких співрозмірний з розміром частинок вихідних порошків. Структура окремих зерен в основному наслідує структуру вихідних порошків. Однак слід відмітити, що розмір інтерметалідної фазової складової в матеріалах після гарячого штампування дещо більший, ніж у вихідних порошків. У структурі також присутня третя (темна) фаза, яка знаходиться на межі між зернами. При цьому товщина прошарку цієї фази залежить від температури нагрівання заготівки перед штампуванням. Вона збільшується зі збільшенням температури. Наявність прошарків, вірогідніше за все оксидів, може бути зумовлено окисненням частинок порошків сплаву під час їх отримання та під час нагрівання перед штампуванням. Останнє підтверджується тим, що товщина прошарку збільшується зі збільшенням температури нагрівання.

Проведене вивчення процесу компактування порошків сплаву Al–Fe методом гарячого штампування дозволяє отримувати вироби з них з практично стовідсотковою щільністю. При цьому в основному має місце спадковість структури виробів і вихідних порошків.

Рис. 2. Мікроструктура матеріалів, отриманих гарячою штамповкою з попереднім нагріванням заготівки за температури 750 ^оС

У подальшому перспективним є вивчення експлуатаційних характеристик порошкових матеріалів на основі сплаву Al–Fe: антифрикційних, струмознімачів рухомого транспорту та інших.

Рис. 3. Мікроструктура матеріалів, отриманих гарячою штамповкою з попереднім нагріванням заготівки за температури 800 ^оС

Рис. 4. Мікроструктура матеріалів, отриманих гарячою штамповкою з попереднім нагріванням заготівки за температури 850 ^оС