CZ303078B6 - Povrchove legovaná válcovitá, cástecne válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukcní soucást - Google Patents

Povrchove legovaná válcovitá, cástecne válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukcní soucást Download PDF

Info

Publication number
CZ303078B6
CZ303078B6 CZ20013858A CZ20013858A CZ303078B6 CZ 303078 B6 CZ303078 B6 CZ 303078B6 CZ 20013858 A CZ20013858 A CZ 20013858A CZ 20013858 A CZ20013858 A CZ 20013858A CZ 303078 B6 CZ303078 B6 CZ 303078B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
cylindrical
zone
component
matrix
alloy
Prior art date
Application number
CZ20013858A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ20013858A3 (cs
Inventor
Josef Feikus@Franz
Fischer@Alexander
Original Assignee
Vaw Aluminium Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaw Aluminium Ag filed Critical Vaw Aluminium Ag
Publication of CZ20013858A3 publication Critical patent/CZ20013858A3/cs
Publication of CZ303078B6 publication Critical patent/CZ303078B6/cs

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0823—Devices involving rotation of the workpiece
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C23C24/106—Coating with metal alloys or metal elements only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • C23C26/02—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/14—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying for coating elongate material
    • C23C4/16—Wires; Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12674—Ge- or Si-base component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12736—Al-base component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12736—Al-base component
    • Y10T428/12764—Next to Al-base component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y10T428/2495—Thickness [relative or absolute]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24942—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including components having same physical characteristic in differing degree
    • Y10T428/24983—Hardness

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Pens And Brushes (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Abstract

Povrchove legovaná válcovitá, cástecne válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukcní soucást, sestávající ze slitiny (1) hliníkové matrice a zóny (3) precipitace ze slitiny na bázi hliníku s vyloucenými tvrdými fázemi, dosahující až na povrch konstrukcní soucásti. Mezi matricí (1) a zónou (3) precipitace se nachází eutektická zóna (2), presycená primárními tvrdými fázemi, pricemž tvrdost stupnovite narustá od matrice až k povrchu konstrukcní soucásti.

Description

Povrchově legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukční součást
Oblast techniky
Vynález se týká povrchově legované válcovité, částečně válcovité nebo duté válcovité konstrukční součásti, sestávající ze slitiny hliníkové matrice a zóny precipitace ze slitiny na bázi hliníku s vyloučenými tvrdými fázemi, dosahující až na povrch konstrukční součásti.
Dosavadní stav techniky
Způsob povlékání vnitřních ploch válců je znám z DE 198 170 91. Podle nároku 1 zveřejněné přihlášky se vyrábějí vnitřní plochy válců bloků motoru z lehkých kovů odolné proti opotřebení tak, že se používá sonda pro kontinuální přivádění křemíkového prášku, ve které se relativně vzhledem k bloku motoru, nacházejícímu se v pevné poloze, pohybuje energetický paprsek se spirálovitě po povrchu putující ozařovanou skvrnou. Při výkonu laserového záření asi 2 kW a průměru ozařované skvrny asi 0,5 až 2 mm se asi 10 g prášku za minutu nanáší na povrch a leguje. Tak je možno pri hloubce proniknutí asi 1 mm do povrchu zalegovat podíl tvrdého materiá20 lu 20 až 50 %.
Byly dále činěny pokusy o vyvinutí způsobu výroby bloku válců z lehkého kovu, při kterém je laserový paprsek o šířce proužku napříč směru posuvu alespoň 2 mm veden přes povrch matrice z lehkého kovu, nacházející se v pevné poloze. Prášek se přitom nejprve v bodě dopadu laserové25 ho paprsku na povrch matrice z lehkého kovu zahřívá na teplotu tavení a potom difunduje do povrchu. V legovací zóně se tvoří primární křemík, přičemž střední tloušťka vrstvy v matricové slitině je s výhodou 150 až 650 pm. Výkon laserového světlaje s výhodou 3 až 4 kW, přičemž může být použit také čárový zaostřovací systém.
Výše uvedeným způsobem vyrobitelná struktura sestává z matrice slitiny lehkého kovu s povrchovou vrstvou, obsahující jemné disperzní precipitáty primárního křemíku, která má zrna oblého tvaru se středním průměrem zrna 1 až 10 pm. Kromě čisté hliníkové fáze obsahuje povrchová vrstva ještě 10 až 14 % eutektika AISi a 5 až 20 % primárního křemíku, přičemž minimální tvrdost je asi 160 HV.
Pro určité účely použití jsou požadovány konstrukční součásti necitlivé vůči teplotním šokům. Toho je možno dosáhnout dosud známými způsoby výroby jen prostřednictvím velmi náročných opatření při zpracování. Pro takovéto vysoce namáhané konstrukční součásti je charakteristický pomalý nárůst tvrdosti z matrice až do povrchové vrstvy, přičemž by měl být dosažen celkový nárůst tvrdosti přes 200 %, vztaženo na výchozí tvrdost matrice slitiny.
Podstata vynálezu
Úkolem vynálezu je vyvinutí tribologicky optimalizovaných, tepelně zpracovatelných válcových polotovarů s novými vlastnostmi struktury a změnami materiálu v blízkosti povrchu. Tyto nové vlastnosti struktury a změny materiálu v blízkosti povrchu mají umožnit zejména použití odlitých polotovarů v oblasti konstrukčních součástí, namáhaných kmitáním, jako např. pracovních ploch ložiskových pánví pístových strojů, namáhaných ploch brzdových součástí, kluzných a třecích ploch všeho druhu.
Tento úkol řeší povrchově legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukční součást, sestávající ze slitiny hliníkové matrice a zóny precipitace ze slitiny na bázi hliníku
- 1 CZ 303078 B6 s vyloučenými tvrdými fázemi, dosahující až na povrch konstrukční součásti, podle vynálezu, jehož podstatou je, že mezi matricí a zónou precipitace se nacházř eutektická zóna, přesycená primárními tvrdými fázemi, tj. přechodová zóna, přičemž tvrdost stupňovitě narůstá od matrice až k povrchu konstrukční součásti.
Pomocí struktury z matrice, zóny precipitace a eutektické přechodové zóny přesycené primárními tvrdými fázemi, podle vynálezu, je možno vyrobit různé konstrukční součásti s namáhanými plochami, jako např. kluzné plochy (ložisek zalomených hřídelů), třecí plochy (brzdových kotoučů), jakož i bloky motorů a hlavy válců včetně v nich uspořádaných kroužků sedel ventilů, se io zvlášť příznivými vlastnostmi. Tyto vlastnosti se vyznačují pomalým nárůstem tvrdosti z matrice až k povrchové vrstvě. Tyto vlastnosti předurčují konstrukční součásti jimi vybavené pro takové případy použití, ve kterých jsou potřebné konstrukční součásti necitlivé vůči teplotním šokům.
V povlakové vrstvě mohou být použity různé typy slitin. Prášek se může na povrch polotovaru is nanášet jednostupňově (jeden proud prášku) nebo vícestupňové (více proudů prášku) prostřednictvím příslušně tvarované štěrbinové trysky pro prášek. Šířka čárového ohniska je alespoň mm, s výhodou 5 až 15 mm.
Pro jednostupfiové nanášení prášku jsou jako polotovary vhodné slitiny AlSi, AISiCu, AISiCuNi a slitiny Al obsahující Mg, přičemž se v proudu prášku přidává křemík. Pro dvoustupňové přivádění prášku je možno na odlitek ze slitiny a hliníku a křemíku nanášet jako práškový materiál vedle křemíku také olovo.
Pro výrobu hliníkového bloku válcuje výhodná matricová slitina typu AISiCu nebo AISiMg pod25 eutektická a v přesycené, eutektické přechodové zóně se nachází slitina typu AlSi s jemně vyloučenými fázemi primárního křemíku menšími než 1 pm, zatímco v zóně precipitace jsou přítomny fáze primárního křemíku 2 až 20 pm, přičemž nárůst tvrdosti až k povrchu konstrukční součásti je alespoň 200 %.
Pro výrobu brzdových součástí, které mají kluzné a třecí plochy, je s výhodou kromě čisté hliníkové fáze v povrchové vrstvě přítomno ještě 10 až 14 % eutektika AlSi a 5 až 20 % primárního křemíku.
Pro výrobu konstrukčních součástí, zatížených kmitáním, jsou s výhodou v povrchu zabudovány tvrdé materiály z primárního křemíku, které vykazují tvrdost 160 až 240 HV.
Poměr tloušťky vrstvy, měřeno od povrchu konstrukční součásti ve směru hliníkové matrice, mezi zónou precipitace a přechodovou zónou je s výhodou větší než 2:1.
to Nárůst tvrdosti mezi matricí a povrchem konstrukční součásti je s výhodou stupňovitý, přičemž nárůst tvrdosti v matrici, v přechodové zóně a zóně precipitace jel : 1, 5 : 2 až 1 : 2 : 3 a konečná tvrdost na povrchu konstrukční součásti je asi 200 HV.
Přehled obrázků na výkresech
Následovně bude vynález blíže objasněn za pomoci dvou příkladů provedení za použití křemíku jako práškového tvrdého materiálu. Na výkresech představuje:
Obr. 1: řez povrchově legovanou konstrukční součástí, vytvořenou podle vynálezu se třemi zónami,
-2CZ 303078 B6
Obr. 2: průběh tvrdosti ve směru k povrchu součásti podle obr. 1.
Příklady provedení vynálezu
Obr. 1 představuje výřez konstrukční součásti, vyrobené podle vynálezu, s hliníkovou matricí i, přechodovou zónou 2 a zónou 3 precipitace. V zóně 3 precipitace vede množství jemných částic tvrdého materiálu ke zvlášť tvrdému povrchu s HV > 250. Povrch 4 konstrukční součásti může ío tvořit například pracovní plochu pro písty, hřídele nebo součásti ložisek aje uveden do funkčního stavu čistě mechanickým zpracováním.
V přechodové zóně 2 se nachází homogenní, přesycená hliníko-křemíková slitinová struktura, která vykazuje jednotné šedé zbarvení. Až do ní zasahuje tepelný vliv energetického paprsku, směrovaného na povrch, a vytváří čelo natavení.
Přes matrici 1 se odvádí teplo, přivedené do konstrukční součásti během povrchového legování.
Tepelná bilance může být ovlivněna rychlostí posuvu, regulací energie a chlazením.
Na obr. 2 je znázorněn průběh tvrdosti konstrukční součásti, vyrobené podle vynálezu, v oblasti jejího povrchu. V daném případě začíná tvrdost hodnotou 100 HV v matrici a stupňovitě stoupá na maximální hodnotu 240 HV. S tímto průběhem tvrdosti je spojeno zlepšené chování při teplotních šocích.
Tvrdší fázová oblast z křemíkem-legovaného primárního křemíku je odpružena elastičtější, měkkou matricovou slitinou.
Způsob výroby povrchově legovaných válcovitých nebo částečně válcovitých konstrukčních součástí spočívá v tom, že nejprve se na povrch polotovaru směruje energetický paprsek s čárovou ozářenou plochou (nazývanou také čárové ohnisko). Přitom se povrch polotovaru natavuje a do nataveného povrchu se přivádí prášek tvrdého materiálu nebo slitiny.
V zóně dopadu energetického paprsku se vytváří lokálně ohraničená lázeň taveniny s čelem ohřevu a natavení, zóna rozpouštění či zóna přetavení a zóna tuhnutí.
Prášek, přiváděný na povrch polotovaru, se natavuje v čele ohřátí a ponořuje se do lázně taveniny. Pokusy ukázaly, že pri vlnové délce 780 až 940 nm se energetický paprsek optimálně absorbuje, takže se prášek rychle zahřívá a v kontaktu s kapalnou matricovou slitinou difunduje do lázně taveniny.
V zóně rozpouštění nastává konvekce, která urychluje proces homogenizace v zóně tavení. To je umožněno prostřednictvím energetického paprsku s měrným výkonem alespoň I03W/cm2. Na leštěných snímcích je zřejmé, že prášek tvrdého materiálu nebo slitiny je v lázni taveniny rovnoměrně rozdělen jen tehdy, když čárové ohnisko působilo dostatečně dlouho na zónu roz45 pouštění. Přesné hodnoty je možno stanovit pokusem.
Rovnoměrně rozdělený materiál se pak v zóně tuhnutí podrobuje řízenému tuhnutí s rychlostí ochlazování v čele tuhnutí 200 až 600 K/s, přičemž rychlost posuvu je 500 až 5000 mm/min. Ve výhodné variantě se prášek dopravuje na povrch konstrukční součásti v proudu plynu, takže určité množství prášku může vnikat do zóny natavení účinkem kinetické energie.
Další pokusy ukázaly, že energetický paprsek se výhodně před zónou dopadu rozdělí, přičemž první dílčí paprsek je směrován do zóny ohřevu a natavení a druhý dílčí paprsek je směrován za
-3 CZ 303078 B6 četo tuhnutí pro tepelné zpracování struktury. Tímto způsobem je možno cíleně řídit vytváření struktury.
Další řízení struktury je možné tím, že energetický paprsek je v čele tuhnutí směrován na povrch polotovaru přerušovaně s měrným výkonem menším než 1 kW/cm2. Přitom bylo zjištěno, že doba účinku energetického paprsku v lázni taven iny pro rozpuštění a homogenní rozdělení fází tvrdého materiálu nebo intermetalických fází je 0,02 až I sekunda.
Uvedené požadavky byly splněny prostřednictvím diodového laseru o výkonu větším než 3 kW, io který má nastavitelnou šířku čárového ohniska. Tím je možno před začátkem a na konci povlékání zmenšit šířku čárového ohniska energetického paprsku napříč směrem posuvu. Analogickým způsobem je ovladatelné také množství prášku, takže při plošném zpracování mohou být nastaveny jen malé přesahy přiváděného množství prášku, resp. vyzařované energie.
Pokud je polotovar vytvořen jako dutý válec, měl by s výhodou rotovat kolem energetického paprsku, směrujícího shora dolů, takže energetický paprsek, který je vzhledem ke směru rotace pevně umístěn, vykonává během rotace kontinuální posuv ve směru osy rotace pro vytvoření plošné legovací zóny.
Pomocí vynálezu jsou vyrobitelné povrchově legované válcovité, částečně válcovité nebo duté válcovité konstrukční součásti. Sestávají ze slitiny hliníkové matrice a zóny precipitace ze slitiny na bázi hliníku s vyloučenými tvrdými fázemi, dosahující až na povrch konstrukční součásti. Mezi matricí a zónou precipitace se nachází eutektická zóna, přesycená primárními tvrdými fázemi (zóna přesycení), přičemž tvrdost stupňovitě narůstá od matrice až k povrchu konstrukční součásti. Zvláště výhodných poměrů je možno dosáhnout, když je matricová slitina typu AISiCu podeutektická a v přesycené, cutektické přechodové zóně se nachází slitina typu AISi s jemně vyloučenými fázemi primárního křemíku menšími než 1 pm, zatímco v zóně precipitace jsou přítomny fáze primárního křemíku 2 až 20 pm. Pak je možno dosáhnout nárůstu tvrdosti až k povrchu konstrukční součásti alespoň 200 %.
Poměr tloušťek vrstev mezi zónou precipitace a přechodovou zónou je více než 2:1, měřeno od povrchu konstrukční součásti ve směru k hliníkové matrici. Přitom je možno dosáhnout nárůstu tvrdosti mezi matricí a povrchem konstrukční součásti 1 : 1, 5 : 2 až 1 :2:3.

Claims (6)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1, Povrchově legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukční součást, sestávající ze slitiny hliníkové matrice a zóny precipitace ze slitiny na bázi hliníku s vyloučenými tvrdými fázemi, dosahující až na povrch konstrukční součásti, vyznačující se tím, že mezi matricí a zónou precipitace se nachází eutektická zóna, přesycená primárními tvrdými
    45 fázemi, tj. přechodová zóna, přičemž tvrdost stupňovitě narůstá od matrice až k povrchu konstrukční součásti.
  2. 2. Povrchové legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukční součást podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro výrobu hliníkového bloku válců je matri50 cová slitina typu AISiCu nebo AlSiMg podeutektická a v přesycené, eutektické přechodové zóně se nachází slitina typu AISi s jemně vyloučenými fázemi primárního křemíku menšími než 1 μιη, zatímco v zóně precipitace jsou přítomny fáze primárního křemíku 2 až 20 pm, přičemž nárůst tvrdosti až k povrchu konstrukční součásti je alespoň 200 %.
    -4CZ 303078 B6
  3. 3. Povrchově legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukční součást podle nároku 1, vyznačuj ící se t í m , že pro výrobu brzdových součástí, které mají kluzné a třecí plochy, je kromě čisté hliníkové fáze v povrchové vrstvě přítomno ještě 10 až 14%
    5 eutektika AISi a 5 až 20 % primárního křemíku.
  4. 4. Povrchově legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukční součást podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro výrobu konstrukčních součástí, zatížených kmitáním, jsou v povrchu zabudovány tvrdé materiály z primárního křemíku, které vykazují tvrio dost 160 až 240 HV.
  5. 5. Povrchově legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukční součást podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že poměr tloušťky vrstvy, měřeno od povrchu konstrukční součásti ve směru hliníkové matrice, mezi zónou přec i15 pitace a přechodovou zónou je větší než 2:1.
  6. 6. Povrchově legovaná válcovitá, částečně válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukční součást podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nárůst tvrdosti mezi matricí a povrchem konstrukční součásti je stupňovitý, přičemž nárůst tvrdosti v matrici, v pře2o chodové zóně a v zóně precipitace je 1 : 1, 5 : 2 až 1 : 2 : 3 a konečná tvrdost na povrchu konstrukční součásti je asi 200 HV.
CZ20013858A 2000-02-28 2001-02-21 Povrchove legovaná válcovitá, cástecne válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukcní soucást CZ303078B6 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10009250 2000-02-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ20013858A3 CZ20013858A3 (cs) 2002-04-17
CZ303078B6 true CZ303078B6 (cs) 2012-03-21

Family

ID=7632635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20013858A CZ303078B6 (cs) 2000-02-28 2001-02-21 Povrchove legovaná válcovitá, cástecne válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukcní soucást

Country Status (15)

Country Link
US (1) US6713191B2 (cs)
EP (1) EP1173689B1 (cs)
JP (1) JP2003525355A (cs)
KR (1) KR100815282B1 (cs)
AT (1) ATE245258T1 (cs)
AU (1) AU780097B2 (cs)
BR (1) BR0104704A (cs)
CA (1) CA2368560A1 (cs)
CZ (1) CZ303078B6 (cs)
DE (1) DE50100379D1 (cs)
ES (1) ES2202283T3 (cs)
HU (1) HU224368B1 (cs)
MX (1) MXPA01010920A (cs)
PL (1) PL198941B1 (cs)
WO (1) WO2001065135A1 (cs)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1173304B1 (de) * 2000-02-28 2005-07-20 Hydro Aluminium Deutschland GmbH Verfahren zur herstellung eines oberflächenlegierten zylindrischen, teilzylindrischen oder hohlzylindrischen bauteils
US20070020451A1 (en) * 2005-07-20 2007-01-25 3M Innovative Properties Company Moisture barrier coatings
US20070116889A1 (en) * 2005-11-18 2007-05-24 Federal Mogul World Wide, Inc. Laser treatment of metal
US20070254111A1 (en) * 2006-04-26 2007-11-01 Lineton Warran B Method for forming a tribologically enhanced surface using laser treating
JP6245906B2 (ja) * 2013-09-13 2017-12-13 公益財団法人鉄道総合技術研究所 ブレーキディスク及びその製造方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4068645A (en) * 1973-04-16 1978-01-17 Comalco Aluminium (Bell Bay) Limited Aluminum-silicon alloys, cylinder blocks and bores, and method of making same
US4077810A (en) * 1974-04-20 1978-03-07 Hitachi, Ltd. Aluminum alloys having improved mechanical properties and workability and method of making same
EP0213498A2 (en) * 1985-08-13 1987-03-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for forming alloy layer upon aluminum alloy substrate by irradiating with a CO2 laser, on substrate surface, alloy powder containing substance for alloying and titanium or manganese
EP0411322A1 (de) * 1989-07-07 1991-02-06 Audi Ag Verfahren zum Herstellen verschleissfester Oberflächen an Bauteilen aus einer Aluminium-Silicium-Legierung
CZ288793A3 (en) * 1992-12-30 1994-07-13 Bruehl Aluminiumtechnik Engine block and process for producing thereof
EP0622476A1 (de) * 1993-03-30 1994-11-02 Alusuisse-Lonza Services Ag Metallsubstrate mit laserinduzierter MMC-Beschichtung
EP0861912A2 (en) * 1997-02-28 1998-09-02 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Wear-resistant coated member

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59219468A (ja) * 1983-05-25 1984-12-10 Teikoku Piston Ring Co Ltd アルミニウム製摺動部材及びその製造方法
JPS59219427A (ja) * 1983-05-27 1984-12-10 Toyoda Autom Loom Works Ltd 摺動材料
JPH05293671A (ja) * 1992-04-07 1993-11-09 Nissan Motor Co Ltd チタンまたはチタン合金の表面硬化方法
FR2717874B1 (fr) * 1994-03-25 1996-04-26 Gec Alsthom Transport Sa Disque multimatériaux pour freinage à haute énergie.
ES2192575T3 (es) * 1994-04-14 2003-10-16 Sumitomo Electric Industries Miembro deslizante hecho de aleacion de aluminio sinterizada.
US6096143A (en) * 1994-10-28 2000-08-01 Daimlerchrysler Ag Cylinder liner of a hypereutectic aluminum/silicon alloy for use in a crankcase of a reciprocating piston engine and process for producing such a cylinder liner
DE19643029A1 (de) 1996-10-18 1998-04-23 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zum Beschichten eines aus einer Aluminium-Legierung bestehenden Bauteils einer Brennkraftmaschine mit Silicium
DE19826138B4 (de) * 1998-04-17 2007-06-28 NU TECH Gesellschaft für Lasertechnik Materialprüfung und Meßtechnik mbH Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks mit einer verschleißbeständigen Oberfläche
DE19817091C2 (de) * 1998-04-17 2001-04-05 Nu Tech Gmbh Verfahren zum Einlegieren von pulverförmigen Zusatzstoffen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
ES2185099T3 (es) * 1998-09-15 2003-04-16 Daimler Chrysler Ag Unidad de freno consistente en disco de freno y forro de freno.
DE19915038A1 (de) * 1999-04-01 2000-10-26 Vaw Ver Aluminium Werke Ag Leichtmetallzylinderblock, Verfahren zu seiner Herstellung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4068645A (en) * 1973-04-16 1978-01-17 Comalco Aluminium (Bell Bay) Limited Aluminum-silicon alloys, cylinder blocks and bores, and method of making same
US4077810A (en) * 1974-04-20 1978-03-07 Hitachi, Ltd. Aluminum alloys having improved mechanical properties and workability and method of making same
EP0213498A2 (en) * 1985-08-13 1987-03-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for forming alloy layer upon aluminum alloy substrate by irradiating with a CO2 laser, on substrate surface, alloy powder containing substance for alloying and titanium or manganese
EP0411322A1 (de) * 1989-07-07 1991-02-06 Audi Ag Verfahren zum Herstellen verschleissfester Oberflächen an Bauteilen aus einer Aluminium-Silicium-Legierung
CZ288793A3 (en) * 1992-12-30 1994-07-13 Bruehl Aluminiumtechnik Engine block and process for producing thereof
EP0622476A1 (de) * 1993-03-30 1994-11-02 Alusuisse-Lonza Services Ag Metallsubstrate mit laserinduzierter MMC-Beschichtung
EP0861912A2 (en) * 1997-02-28 1998-09-02 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Wear-resistant coated member

Also Published As

Publication number Publication date
CA2368560A1 (en) 2001-09-07
ATE245258T1 (de) 2003-08-15
DE50100379D1 (de) 2003-08-21
AU780097B2 (en) 2005-03-03
PL350553A1 (en) 2002-12-16
BR0104704A (pt) 2007-05-29
HUP0200954A2 (en) 2002-07-29
MXPA01010920A (es) 2003-10-14
AU4415601A (en) 2001-09-12
WO2001065135A1 (de) 2001-09-07
US20020164497A1 (en) 2002-11-07
EP1173689A1 (de) 2002-01-23
ES2202283T3 (es) 2004-04-01
US6713191B2 (en) 2004-03-30
KR20020033611A (ko) 2002-05-07
EP1173689B1 (de) 2003-07-16
JP2003525355A (ja) 2003-08-26
CZ20013858A3 (cs) 2002-04-17
HU224368B1 (hu) 2005-08-29
KR100815282B1 (ko) 2008-03-19
PL198941B1 (pl) 2008-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chi et al. Laser surface alloying on aluminum and its alloys: A review
AU775660B2 (en) Light metal cylinder block, method for producing the same and device for carrying out said method
Mohammed et al. Exploring the influence of process parameters on the properties of SiC/A380 Al alloy surface composite fabricated by friction stir processing
RU2359797C2 (ru) Способ лазерной наплавки медно-никелевых сплавов на детали из алюминиевой бронзы
CZ303078B6 (cs) Povrchove legovaná válcovitá, cástecne válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukcní soucást
Nakama et al. Some characteristics of AZ31/AZ91 dissimilar magnesium alloy deposit by friction surfacing
Sekar et al. Microstructural evaluation of similar and dissimilar welding of aluminum metal matrix hybrid composite by friction stir welding
US7235144B2 (en) Method for the formation of a high-strength and wear-resistant composite layer
Das Microstructural morphology and mechanical properties of cooling slope rheocast A380 Al alloy
Tuli et al. Analysis of microstructural, mechanical and thermal behaviour of thixocast LM25-10wt% SiC composite at different processing temperatures
Senan et al. Determination on the effect of al2o3/b4c on the mechanical behaviour of al-6.6 si-0.5 mg alloy cast in permanent mould
Bahgat et al. Microstructure and mechanical properties of AA2024/Al2O3 surface nanocomposites fabricated using friction stir processing
de Moura et al. Laser remelting of AlSi10Mg (-Ni) alloy surfaces: influence of Ni content and cooling rate on the microstructure
Arulmoni et al. Friction Stir Processing of Aluminium alloys for Defense Applications
Nayak et al. Surface engineering of aluminum alloys for automotive engine applications
Jayalakshmi et al. MICROSTRUCTURE DEPENDENCE OF AL6061 SURFACE COMPOSITE ON TOOL ROTATION SPEED DURING FRICTION STIR PROCESSING
Jaishankar et al. Rapid Thermal Treatment of Oriented Microstructures to Generate Fine Globular Grains
Gopan et al. Investigating the effects of different particulate deposition techniques on the fabrication of AA 2014/TiC surface composites using friction stir processing
Kaiser et al. Effect of Post-weld Thermal Treatment on Mechanical Properties of Welded Aluminum-Alloy Engine Head
Kumar et al. Wear and Mechanical Properties of Aluminum Alloy Based Hybrid Composites [(SiC+ Gr) and (SiC+ Al2O3)] Fabricated by Friction Stir Processing
Akhter et al. Laser welding of SSM Cast A356 aluminium alloy processed with CSIR-Rheo technology
Wilden et al. Formation of intermetallic phases by laser alloying of thermally sprayed Ti and Al coatings for enhanced wear resistance of lightweight materials
Tian et al. Laser surface alloying on Al-Si alloy.
HU223610B1 (hu) Eljárás monotektikus ötvözetbõl álló munkafelülettel ellátott fém munkadarabok elõállítására
Bezborodov et al. Effect of electron beam surfacing on the structure and properties of cast aluminium alloys

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20150221