PL198941B1 - Element stopowany powierzchniowo w kształcie cylindra, części cylindra lub pustego cylindra - Google Patents
Element stopowany powierzchniowo w kształcie cylindra, części cylindra lub pustego cylindraInfo
- Publication number
- PL198941B1 PL198941B1 PL350553A PL35055301A PL198941B1 PL 198941 B1 PL198941 B1 PL 198941B1 PL 350553 A PL350553 A PL 350553A PL 35055301 A PL35055301 A PL 35055301A PL 198941 B1 PL198941 B1 PL 198941B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- matrix
- zone
- hardness
- alloy
- cylinder
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 10
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 13
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 6
- 229910000789 Aluminium-silicon alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 abstract 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 4
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
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)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Pens And Brushes (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Element stopowany powierzchniowo w kszta lcie cylindra, cz esci cylindra lub pustego cylindra sk lada si e z osnowy w postaci odlewniczego stopu aluminium oraz si egaj acej a z do powierzchni ele- mentu strefy wydzieleniowej z podstawowego stopu aluminium z wydzieleniami faz twardych, przy czym pomi edzy osnow a i stref a wydzieleniow a le zy przesycona pierwotnymi fazami twardymi, strefa eutektyczna (poni zej: strefa przej sciowa), za s wzrost twardo sci od osnowy do powierzchni elementu jest stopniowy. PL PL PL PL
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest element stopowany powierzchniowo w kształcie cylindra, części cylindra lub pustego cylindra, składający się z osnowy w postaci odlewniczego stopu aluminium oraz sięgającej aż do powierzchni elementu strefy wydzieleniowej z podstawowego stopu aluminium z wydzieleniami faz twardych.
Sposób nakładania powłok na wewnętrzne powierzchnie toczne ścianek cylindrów jest znany z niemieckiego opisu patentowego nr DE-OS 198 17 091. Zgodnie z zastrzeżeniem patentowym 1 tego opisu odporność na ścieranie wewnętrznych powierzchni tocznych tłoków w blokach silników z metali lekkich zwiększa się w ten sposób, że do ciągłego doprowadzania proszku krzemowego stosuje się sondę, w której wiązkę energii z wędrującą spiralnie po powierzchni plamką przemieszcza się względem zamocowanego na stałe bloku silnika z metalu lekkiego. Przy mocy wiązki laserowej wynoszącej około 2 kW i średnicy plamki około 0,5 do 2 mm na powierzchnię nanosi się około 10 g proszku na minutę i wprowadza się go w powierzchnię detalu. Przy głębokości wnikania około 1 mm w powierzchnię można wprowadzić od 20 do 50% substancji twardej.
Prowadzone były próby zmierzające do opracowania sposobu wytwarzania bloku cylindrowego z metalu lekkiego, w których wiązkę laserową o szerokości w kierunku poprzecznym do kierunku posuwu wynoszącej co najmniej 2 mm prowadzono nad zamocowaną na stałe powierzchnią osnowy z metalu lekkiego. Proszek nagrzewano przy tym do temperatury topnienia dopiero w punkcie padania wiązki laserowej na powierzchnię osnowy z metalu lekkiego, po czym ulegał on wdyfundowaniu. W strefie stopowania powstaje krzem pierwotny, przy czym za korzystną średnią grubość warstwy w osnowie stopowej uznawana jest grubość od 150 do 650 μ m. Moc wią zki laserowej wynosi korzystnie 3 do 4 kW, przy czym można również stosować liniowe systemy ogniskowe.
Struktura otrzymywana przy użyciu opisanego powyżej sposobu składa się z osnowy w postaci stopu metalu lekkiego z drobnodyspersyjną, zawierającą wydzielenia pierwotnego krzemu, warstwą powierzchniową, w której znajdują się okrągłe ziarna o średniej średnicy pomiędzy 1 i 10 μm. Poza fazą czystego aluminium warstwa powierzchniowa zawiera ponadto 10 do 14% eutektyki AlSi oraz 5 do 20% krzemu pierwotnego, przy czym minimalna twardość wynosi około 160 HV.
Do określonych zastosowań potrzebne są elementy odporne na szok termiczny. W znanych dotychczas sposobach wytwarzania można to osiągnąć jedynie przy użyciu bardzo skomplikowanych środków. Charakterystyczny dla tego typu elementów, nadających się do pracy pod dużym obciążeniem, jest powolny wzrost twardości, począwszy od osnowy aż po warstwę powierzchniową, przy czym całkowity wzrost twardości powinien sięgać powyżej 200% w odniesieniu do wyjściowej twardości stopu osnowy.
Celem wynalazku jest opracowanie optymalnego pod względem trybologicznym, nadającego się do obróbki cieplnej, cylindrycznego półwyrobu o nowych własnościach struktury i zmianach materiałowych w pobliżu powierzchni. Nowe własności struktury i zmiany materiałowe w pobliżu powierzchni powinny zwłaszcza umożliwiać zastosowanie odlewanego półwyrobu na elementy, w których występują obciążenia wywołane drganiami, jak na przykład powierzchnie toczne panewek łożyskowych w maszynach tłokowych, powierzchnie ścierane w częściach hamulców, powierzchnie ślizgowe i cierne wszelkiego typu.
Zadanie to rozwiązano według wynalazku za pomocą cech zawartych w zastrzeżeniach patentowych. W oparciu o strukturę według wynalazku, złożoną z osnowy, strefy wydzieleniowej i przesyconej pierwotnymi fazami twardymi, eutektycznej strefy przejściowej, można wytwarzać różne elementy o powierzchniach ścieranych, na przykład powierzchnie ślizgowe (łożyska wału korbowego), powierzchnie cierne (tarcze hamulcowe) oraz bloki silników i głowice cylindrów łącznie z umieszczonymi w nich pierścieniami gniazd zaworów, uzyskując bardo dobre własności tych elementów. Własności te charakteryzują się powolnym wzrostem twardości, począwszy od osnowy aż po warstwę powierzchniową. Własności te predestynują wykazujące je elementy do takich zastosowań, w których wymagana jest odporność na szok termiczny.
W jednej nakładanej warstwie można zastosować różne typy stopów. Proszek można nanosić na powierzchnię detalu jednostopniowo (jeden strumień proszku) lub wielostopniowo (kilka strumieni proszku) za pomocą specjalnie ukształtowanych dysz szczelinowych. Szerokość ogniska liniowego wynosi co najmniej 4 mm, korzystnie 5 do 15 mm.
Przy jednostopniowym podawaniu proszku na detal nadają się stopy AlSi i AlSiCu oraz AlSiCuNi i zawierające Mg stopy aluminium, przy czym w strumieniu proszku dodawany jest krzem. W przypadPL 198 941 B1 ku dwustopniowego doprowadzania proszku na odlewany półwyrób ze stopu aluminium-krzem można również oprócz krzemu nanosić proszek ołowiu.
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony, w dwóch przykładach wykonania przy zastosowaniu krzemu jako proszku substancji twardej, na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia stopowany powierzchniowo element o trzech strefach, w przekroju poprzecznym, zaś fig. 2 - przebieg twardości wzdłuż osi rzędnych Y na fig. 1.
Na fig. 1 ukazany jest fragment wykonanego według wynalazku elementu z osnową aluminiową 1, strefą przejściową 2 i strefą wydzieleniową 3. W strefie wydzieleniowej 3 wiele drobnych cząstek substancji twardej powoduje wyjątkowo twardą powierzchnię o twardości HV > 250. Powierzchnia 4 elementu może przykładowo stanowić powierzchnię toczną dla tłoków, wałów lub części łożysk, którą doprowadza się do stanu używalności w drodze obróbki czysto mechanicznej.
W strefie przejś ciowej 2 wystę puje homogeniczna, przesycona struktura odlewu aluminiowokrzemowego, wykazująca jednorodne szare zabarwienie. Do tego miejsca sięga wpływ ciepła skierowanej na powierzchnię wiązki energetycznej, tworząc front topienia.
Przez osnowę 1 odprowadzane jest ciepło, wprowadzane w element podczas stopowania powierzchniowego. Bilans cieplny można regulować za pomocą prędkości posuwu, sterowania energią i ś rodków chłodzących.
Na fig. 2 przedstawiony jest przebieg twardości wykonanego według wynalazku elementu w obszarze jego powierzchni. Twardość w niniejszym przypadku rozpoczyna się wartością 100 HV w osnowie i rośnie stopniowo do wartości maksymalnej równej 240 HV. Taki przebieg twardości wiąże się z lepszą odpornością na szok termiczny.
Twardszy obszar fazy z krzemu pierwotnego jest unoszony sprężyście na bardziej elastycznym i mię kkim stopie osnowy.
Sposób wytwarzania stopowanego powierzchniowo elementu w kształcie cylindra, części cylindra lub pustego cylindra polega na tym, że na powierzchnię detalu kieruje się najpierw wiązkę energetyczną o liniowej powierzchni promienia (zwanej poniżej ogniskiem liniowym). Następuje przy tym stopienie powierzchni detalu, do której doprowadza się proszek twardej substancji lub proszek stopowy.
W strefie padania wią zki energetycznej powstaje lokalnie ograniczone jeziorko p ł ynnego metalu z frontem nagrzewania i topienia, strefą rozpuszczania wzglę dnie przetopu i frontem krzepnięcia.
Doprowadzony do powierzchni detalu proszek ulega stopieniu na froncie nagrzewania i jest zanurzany w jeziorku płynnego metalu. Próby pokazały, że przy długości fal od 780 do 940 nm wiązka energetyczna jest optymalnie wprowadzana w metaliczną osnowę, w związku z czym proszek ulega szybkiemu nagrzaniu i w kontakcie z upłynnioną osnową stopową wdyfundowuje do płynnego metalu.
W strefie rozpuszczania wystę puje konwekcja, co powoduje przyspieszenie procesu homogenizacji w strefie stopionej. Jest to możliwe dzięki wiązce energetycznej o mocy właściwej równej co najmniej 105 W/cm2. Na zdjęciach zgładów widać, że proszek twardej substancji względnie proszek stopowy zostaje równomiernie rozprowadzony w stopionym metalu jedynie wówczas, gdy ognisko liniowe wystarczająco długo oddziałuje na strefę rozpuszczania. Dokładne wartości można wyznaczyć doświadczalnie.
Rozprowadzony równomiernie proszek poddaje się następnie kierunkowemu krzepnięciu w strefie krzepnię cia przy szybkoś ci chł odzenia na froncie krzepnię cia od 200 do 600 K/s, przy czym prędkość posuwu wynosi pomiędzy 500 i 5000 mm/min. W korzystnym wariancie proszek podaje się na powierzchnię elementu w strumieniu gazu, w związku z czym dzięki energii kinetycznej określona ilość proszku może wnikać w strefę topienia.
Dalsze próby pokazały, że wiązka energetyczna jest korzystnie dzielona przed strefą padania na powierzchnię, przy czym pierwszy strumień częściowy jest kierowany do strefy nagrzewania i topienia, drugi zaś za frontem krzepnięcia do cieplnej obróbki struktury. Sposób ten pozwala sterować procesem kształtowania struktury.
Innego typu sterowanie strukturą jest możliwe wówczas, gdy na powierzchnię detalu kieruje się w sposób przerywany wiązkę energetyczną o mocy właściwej < 1 KW/mm2. Okazało się przy tym, że czas oddziaływania wiązki energetycznej w stopionym metalu, niezbędny do rozpuszczenia i jednorodnego rozkładu faz substancji twardej lub faz międzymetalicznych wynosi od 0,02 do 1 s.
Wymienione wymagania spełnia laser diodowy o mocy > 3 KW, mający regulowaną szerokość ogniska liniowego. Pozwala on przed rozpoczęciem i na zakończenie procesu nakładania powłoki zredukować szerokość ogniska liniowego wiązki energetycznej w kierunku poprzecznym do kierunku posuwu. Analogicznie można również sterować ilością proszku, w związku z czym przy obróbce po4
PL 198 941 B1 wierzchniowej stwierdzono jedynie nieznaczne nadmiary doprowadzanej ilości proszku względnie dostarczanej energii.
Jeżeli detal ma postać pustego cylindra, wówczas powinien on korzystnie obracać się w położeniu poziomym wokół wiązki energetycznej, wskutek czego wiązka ta, stała w odniesieniu do kierunku obrotów, wykonuje podczas obrotu ciągły ruch posuwowy w kierunku osi obrotów celem wytworzenia powierzchniowej strefy stopowej.
Za pomocą wynalazku można wytwarzać stopowane powierzchniowo elementy w kształcie cylindra, części cylindra lub cylindra pustego. Składają się one z osnowy w postaci odlewniczego stopu aluminium oraz sięgającej aż do powierzchni elementu strefy wydzieleniowej z podstawowego stopu aluminium z wydzieleniami faz twardych. Pomiędzy osnową i strefą wydzieleniową leży przesycona pierwotnymi fazami twardymi, strefa eutektyczna (strefa przesycona), przy czym wzrost twardości od osnowy do powierzchni elementu jest stopniowy. Szczególnie korzystne własności można osiągnąć, gdy stop osnowy typu AlSiCu jest stopem podeutektycznym, zaś w przesyconej, eutektycznej strefie przejściowej występuje stop typu AlSi z drobnymi wydzieleniami pierwotnych faz krzemowych o wielkości poniżej 1 μm, natomiast w strefie wydzieleniowej znajdują się pierwotne fazy krzemowe o wielkości od 2 do 20 μm. Wówczas wzrost twardości w kierunku powierzchni elementu może osiągnąć co najmniej 200%.
Stosunek grubości warstw w elemencie według wynalazku pomiędzy strefą wydzieleniową i strefą przejściową wynosi powyżej 2 : 1, mierzony od powierzchni elementu w kierunku osnowy aluminiowej. Można przy tym osiągnąć wzrosty twardości pomiędzy osnową i powierzchnią elementu w przedziale od 1 : 1,5 : 2 do 1 : 2 : 3.
Claims (6)
1. Element stopowany powierzchniowo w kształcie cylindra, części cylindra lub pustego cylindra, składający się z osnowy w postaci odlewniczego stopu aluminium oraz sięgającej aż do powierzchni elementu strefy wydzieleniowej z podstawowego stopu aluminium z wydzieleniami faz twardych, znamienny tym, że pomiędzy osnową i strefą wydzieleniową leży przesycona pierwotnymi fazami twardymi, strefa eutektyczna (poniżej: strefa przejściowa), zaś wzrost twardości od osnowy do powierzchni elementu jest stopniowy.
2. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że przy wytwarzaniu aluminiowego bloku cylindrowego stop osnowy typu AlSiCu lub AlSiMg jest stopem podeutektycznym, zaś w przesyconej, eutektycznej strefie przejściowej występuje stop typu AlSi z drobnymi wydzieleniami pierwotnych faz krzemowych < 1 μm, natomiast w strefie wydzieleniowej znajdują się pierwotne fazy krzemowe o wielkości od 2 do 20 μm, przy czym wzrost twardości w kierunku powierzchni elementu wynosi co najmniej 200%.
3. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że przy wytwarzaniu części hamulców, mających powierzchnie ślizgowe i cierne, poza fazą czystego aluminium w warstwie powierzchniowej znajduje się ponadto 10 do 14% eutektyki AlSi oraz 5 do 20% krzemu pierwotnego.
4. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że przy wytwarzaniu elementów, w których występują obciążenia wywołane drganiami, na powierzchni osadzone są substancje twarde w postaci krzemu pierwotnego, których twardość wynosi od 160 do 240 HV.
5. Element według jednego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że stosunek grubości warstw pomiędzy strefą wydzieleniową i strefą przejściową, mierzony od powierzchni elementu w kierunku osnowy aluminiowej, wynosi powyżej 2 : 1.
6. Element według jednego z poprzednich zastrz., znamienny tym, że wzrost twardości pomiędzy osnową i powierzchnią elementu jest stopniowy, przy czym stosunek wzrostu twardości w osnowie, w strefie przejściowej i w strefie wydzieleniowej wynosi od 1 : 1,5 : 2 do 1 : 2 : 3, zaś końcowa twardość na powierzchni elementu wynosi powyżej 200 HV.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10009250 | 2000-02-28 | ||
PCT/EP2001/001936 WO2001065135A1 (de) | 2000-02-28 | 2001-02-21 | Oberflächenlegiertes zylindrisches, teilzylindrisches oder hohlzylindrisches bauteil |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
PL350553A1 PL350553A1 (en) | 2002-12-16 |
PL198941B1 true PL198941B1 (pl) | 2008-08-29 |
Family
ID=7632635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PL350553A PL198941B1 (pl) | 2000-02-28 | 2001-02-21 | Element stopowany powierzchniowo w kształcie cylindra, części cylindra lub pustego cylindra |
Country Status (15)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6713191B2 (pl) |
EP (1) | EP1173689B1 (pl) |
JP (1) | JP2003525355A (pl) |
KR (1) | KR100815282B1 (pl) |
AT (1) | ATE245258T1 (pl) |
AU (1) | AU780097B2 (pl) |
BR (1) | BR0104704A (pl) |
CA (1) | CA2368560A1 (pl) |
CZ (1) | CZ303078B6 (pl) |
DE (1) | DE50100379D1 (pl) |
ES (1) | ES2202283T3 (pl) |
HU (1) | HU224368B1 (pl) |
MX (1) | MXPA01010920A (pl) |
PL (1) | PL198941B1 (pl) |
WO (1) | WO2001065135A1 (pl) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003525351A (ja) * | 2000-02-28 | 2003-08-26 | ファーアーベー アルミニウム アクチェンゲゼルシャフト | 表面が合金とされた円筒形、部分円筒形又は中空円筒形の構成要素を製造する方法とこの方法を実施する装置 |
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 |
Family Cites Families (18)
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 |
JPS5320243B2 (pl) * | 1974-04-20 | 1978-06-26 | ||
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 |
AU6109586A (en) * | 1985-08-13 | 1987-02-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Alloy layer on al-alloy substrate using co2 laser |
DE3922378A1 (de) * | 1989-07-07 | 1991-01-17 | Audi Ag | Verfahren zum herstellung verschleissfester oberflaechen an bauteilen aus einer aluminium-silicium-legierung |
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 |
DE4244502C1 (de) * | 1992-12-30 | 1994-03-17 | Bruehl Aluminiumtechnik | Zylinderkurbelgehäuse und Verfahren zu seiner Herstellung |
CH686187A5 (de) | 1993-03-30 | 1996-01-31 | Alusuisse Lonza Services Ag | Metallsubstrate mit laserinduzierter MMC-Beschichtung. |
FR2717874B1 (fr) | 1994-03-25 | 1996-04-26 | Gec Alsthom Transport Sa | Disque multimatériaux pour freinage à haute énergie. |
DE69529502T2 (de) * | 1994-04-14 | 2003-12-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Gleitstück aus gesinterter aluminiumlegierung |
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 |
JP3173452B2 (ja) * | 1997-02-28 | 2001-06-04 | 株式会社豊田中央研究所 | 耐摩耗性被覆部材及びその製造方法 |
DE19817091C2 (de) * | 1998-04-17 | 2001-04-05 | Nu Tech Gmbh | Verfahren zum Einlegieren von pulverförmigen Zusatzstoffen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
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 |
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 |
-
2001
- 2001-02-21 ES ES01917013T patent/ES2202283T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-21 DE DE50100379T patent/DE50100379D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-21 PL PL350553A patent/PL198941B1/pl unknown
- 2001-02-21 CA CA002368560A patent/CA2368560A1/en not_active Abandoned
- 2001-02-21 CZ CZ20013858A patent/CZ303078B6/cs not_active IP Right Cessation
- 2001-02-21 WO PCT/EP2001/001936 patent/WO2001065135A1/de active IP Right Grant
- 2001-02-21 BR BRPI0104704-3A patent/BR0104704A/pt not_active Application Discontinuation
- 2001-02-21 KR KR1020017013806A patent/KR100815282B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2001-02-21 MX MXPA01010920A patent/MXPA01010920A/es active IP Right Grant
- 2001-02-21 HU HU0200954A patent/HU224368B1/hu not_active IP Right Cessation
- 2001-02-21 US US10/019,974 patent/US6713191B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-21 AT AT01917013T patent/ATE245258T1/de not_active IP Right Cessation
- 2001-02-21 EP EP01917013A patent/EP1173689B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-02-21 AU AU44156/01A patent/AU780097B2/en not_active Ceased
- 2001-02-21 JP JP2001563802A patent/JP2003525355A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ303078B6 (cs) | 2012-03-21 |
KR20020033611A (ko) | 2002-05-07 |
AU4415601A (en) | 2001-09-12 |
KR100815282B1 (ko) | 2008-03-19 |
BR0104704A (pt) | 2007-05-29 |
HUP0200954A2 (en) | 2002-07-29 |
JP2003525355A (ja) | 2003-08-26 |
DE50100379D1 (de) | 2003-08-21 |
MXPA01010920A (es) | 2003-10-14 |
ES2202283T3 (es) | 2004-04-01 |
US20020164497A1 (en) | 2002-11-07 |
CA2368560A1 (en) | 2001-09-07 |
US6713191B2 (en) | 2004-03-30 |
EP1173689B1 (de) | 2003-07-16 |
PL350553A1 (en) | 2002-12-16 |
AU780097B2 (en) | 2005-03-03 |
EP1173689A1 (de) | 2002-01-23 |
HU224368B1 (hu) | 2005-08-29 |
CZ20013858A3 (cs) | 2002-04-17 |
ATE245258T1 (de) | 2003-08-15 |
WO2001065135A1 (de) | 2001-09-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU775660B2 (en) | Light metal cylinder block, method for producing the same and device for carrying out said method | |
EA016458B1 (ru) | Заготовка для пайки, способ изготовления заготовок для пайки, способ пайки и конструктивные элементы, изготовленные из упомянутой заготовки для пайки | |
EP0680521A1 (en) | Engineering ferrous metals, in particular cast iron and steel | |
PL198941B1 (pl) | Element stopowany powierzchniowo w kształcie cylindra, części cylindra lub pustego cylindra | |
Ram et al. | High temperature dry sliding reciprocating wear behavior of centrifugally cast A356-Mg2Si in-situ functionally graded composites | |
US11821059B2 (en) | Ni-based alloy, Ni-based alloy powder, Ni-based alloy member, and product including Ni-based alloy member | |
Karun et al. | Design and processing of bimetallic aluminum alloys by sequential casting technique | |
Mola et al. | Characterization of the Bonding Zone in AZ91/AlSi12 Bimetals Fabricated by Liquid-Solid Compound Casting Using Unmodified and Thermally Modified AlSi12 Alloy. | |
JP6954491B2 (ja) | 合金組成物および合金組成物の製造方法、並びに金型 | |
Nayak et al. | Surface engineering of aluminum alloys for automotive engine applications | |
Jang et al. | Effects of Electro-Magnetic Stirring on Microstructural Evolution and Mechanical Properties in Semi-Solid Forming of a Hypo-Eutectic Al–Si–Cu–Ni–Mg Alloy | |
Moskvichev et al. | Friction and Wear Perfomance of WC Reinforced Aluminum Bronze Produced by EBAM Technique | |
JPS6372488A (ja) | 摺接部材の表面処理方法 | |
JP7552196B2 (ja) | 合金組成物および合金組成物の製造方法、並びに金型 | |
Cui et al. | Laser surface remelting and resolidifying process of Zn–27 wt.% Al alloy | |
Reddy et al. | Effect of cold rolling on the porosity, hardness properties of the spray deposited Al-18% Pb And Al-22% Pb Alloys | |
HU223610B1 (hu) | Eljárás monotektikus ötvözetbõl álló munkafelülettel ellátott fém munkadarabok elõállítására | |
Staia et al. | Tungsten laser alloying of A356 Al alloy-tribological performance and characterisation | |
Bogno et al. | Tailored solidification microstructures for innovative use of high-density materials in lightweight products | |
Shinoda et al. | Novel Process of Surface Modification of Aluminium Casts Applying Friction Stir Phenomenon | |
Meneses Fuentes et al. | Coaxial Wire Laser-based Additive Manufacturing of AA7075 with TiC Nanoparticles | |
Srinivasa Rao et al. | Partially melted zone in Al–Mg–Si alloy gas tungsten arc welds: effect of techniques and prior thermal temper | |
Zhang et al. | Additive Manufacturing of 7xxx Aluminium Alloys by Laser Powder Bed Fusion | |
Shao et al. | Optimization of the Microstructure and Mechanical Properties of 7075 Al Alloy Fabricated Using Laser Metal Deposition (LMD). | |
JPS62112706A (ja) | アルミニウム粉末冶金製摺動部材及びその製造方法 |