Patents
Search within
Search within the title, abstract, claims, or full patent document: You can restrict your search to a specific field using field names.
Use TI= to search in the title, AB= for the abstract, CL= for the claims, or TAC= for all three. For example, TI=(safety belt).
Search by Cooperative Patent Classifications (CPCs): These are commonly used to represent ideas in place of keywords, and can also be entered in a search term box. If you're searching forseat belts, you could also search for B60R22/00 to retrieve documents that mention safety belts or body harnesses. CPC=B60R22 will match documents with exactly this CPC, CPC=B60R22/low matches documents with this CPC or a child classification of this CPC.
Learn More
Title
Abstract
Claims
Full Document
Find patents
Keywords and boolean syntax (USPTO or EPO format): seat belt searches these two words, or their plurals and close synonyms. "seat belt" searches this exact phrase, in order. -seat -belt searches for documents not containing either word.
For searches using boolean logic, the default operator is AND with left associativity. Note: this means safety OR seat belt is searched as (safety OR seat) AND belt. Each word automatically includes plurals and close synonyms. Adjacent words that are implicitly ANDed together, such as (safety belt), are treated as a phrase when generating synonyms.
Learn More
Search by
Chemistry searches match terms (trade names, IUPAC names, etc. extracted from the entire document, and processed from .MOL files.)
Substructure (use SSS=) and similarity (use ~) searches are limited to one per search at the top-level AND condition. Exact searches can be used multiple times throughout the search query.
Searching by SMILES or InChi key requires no special syntax. To search by SMARTS, use SMARTS=.
To search for multiple molecules, select "Batch" in the "Type" menu. Enter multiple molecules separated by whitespace or by comma.
Learn More
Patent numbers
Search specific patents by importing a CSV or list of patent publication or application numbers.
Povrchove legovaná válcovitá, cástecne válcovitá nebo dutá válcovitá konstrukcní soucást
CZ303078B6
Czechia
- Other languages
English - Inventor
Josef Feikus@Franz Fischer@Alexander
Description
translated from
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)
Hide Dependent
translated from
Claims (6)
Hide Dependent
translated from
- PATENTOVÉ NÁROKY1, 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 tvrdými45 fázemi, tj. přechodová zóna, přičemž tvrdost stupňovitě narůstá od matrice až k povrchu konstrukční součásti.
- 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. 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. 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. 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. 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.