PL227175B1 - ze stopów metali lekkich zawierajacych zbrojenie heterofazowe - Google Patents

Abstract

Metoda przetwarzania półproduktów z kompozytów z osnową ze stopów metali lekkich, zawierających zbrojenie hetero fazowe, polega na tym, że kompozyty z osnową stopów magnezu lub aluminium, zawierających 5 - 25% zbrojenia w postaci cząstek i/lub włókien poddaje się procesowi ściskania wspomaganego działaniem dodatkowego naprężenia stycznego, wywołanego cyklicznym, posuwisto-zwrotnym ruchem stempla w kierunku prostopadłym do kierunku działania zasadniczej siły ściskającej, przy czym półprodukty w postaci wlewków odlewniczych lub wyprasek o ilorazie średnicy do wysokości od 1 - 3 poddaje się naciskowi z prędkością v = 0,1 - 20 mm/s, przy amplitudzie poprzecznego przemieszczenia stempla A = od 0,1 - 2 mm i częstotliwości f = 0,1 -5 Hz.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób przetwarzania półproduktów z kompozytów z osnową ze stopów metali lekkich zawierających zbrojenie heterofazowe.

Kompozyty zawierające cząstki ceramiczne lub krótkie włókna są materiałami trudno odkształcalnymi. Stosowane jako zbrojenie kompozytu materiały najczęściej ceramiczne są fazami o dużej twardości i małej zdolności do odkształcenia. W półproduktach materiały kompozytowe w postaci wlewków odlewniczych lub wyprasek występują wady w postaci porów, pustek, jam skurczowych, które w znacznym stopniu pogarszają właściwości mechaniczne tego rodzaju wyrobów. Ponadto brak dobrego połączenia na granicy rozdziału osnowa - zbrojenie, przyczynia się do tworzenia mikropęknięć dodatkowo utrudniających odkształcenie kompozytu.

W procesach wytwarzania kompozytów zbrojonych cząstkami bardzo często wykorzystuje się metody oparte na technologii metalurgii proszków. Uzyskane wtedy wypraski, w celu zagęszczenia oraz nadania im odpowiedniej wytrzymałości, poddawane są dalszym procesom przeróbki plastycznej. Te dodatkowe procesy zagęszczenia realizowane są najczęściej poprzez zastosowanie technologii kucia, kształtowania matrycowego, wyciskania. Są one realizowane w podwyższonej temperaturze, co znacznie utrudnia możliwości ich przetworzenia i kształtowania wyrobów kompozytowych. Znane są sposoby podwyższenia właściwości trudno odkształcalnych wyrobów metodą wyciskania z polskiego opisu patentowego PL 219 600 pt.: „Sposób przeróbki plastycznej, zwłaszcza stopów o wąskim zakresie temperatury odkształceń plastycznych”, ale proces ten powinien być realizowany w podwyższonej temperaturze. Innym znanym sposobem poprawy właściwości wytworzonych wcześniej półwyrobów kompozytowych w postaci wlewków i wyprasek jest wykorzystanie do kształtowania technologii KOBO® znanego z opisu patentowego PL 168 018 pt.: „Sposób wyciskania materiałów”, Korbel A., Bochniak, Method of plastic forming of materials, Korbel A., Bochniak V., USA. 14.04.1998, U.S. Patent No. 5.737.959; EU, 23.08.2000, European Patent No. 0711210. Metoda ta, polega na wywoływaniu podczas wyciskania w odkształcanym kompozycie zmian drogi odkształcenia i zwiększenia odkształcenia plastycznego, powodującego znacznie większy stopień przerobi niż w procesach wysokotemperaturowych. W metodzie tej kształtowanie wyrobów realizowane jest w procesie kształtowania niskotemperaturowego „na zimno”. Metoda KOBO® stosowana jest przede wszystkim do kształtowania materiałów trudno odkształcalnych. Może być wykorzystana do bezpośredniego przetwarzania złomu aluminiowego, wiórów, folii, materiałów proszkowych i rozdrobnionych. Stosowana była do przetworzenia kompozytów typu ALFA®, w których osnową były stopy aluminium i magnezu, a zbrojeniem odpadowe popioły lotne z elektrowni. Produktem procesu KOBO® jest pręt lub kształtownik, czyli produkt zaliczany do wyrobów długich, w których wymiar długości jest wielokrotnie większy od wymiaru przekroju poprzecznego. Stanowi to znane ograniczenie asortymentu możliwych do wyprodukowania wyrobów.

Wyroby objętościowe o kształtach charakteryzujących się zbliżonymi wymiarami w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach można uzyskać jedynie w procesach przeróbki plastycznej, w których dominującym sposobem odkształcania plastycznego jest ściskanie.

Stwierdzono doświadczalnie, że prowadzenie procesu ściskania z równoczesnym cyklicznym ruchem kowadła w kierunku prostopadłym do kierunku działania siły ściskającej pozwala uzyskać efekt eliminacji wad materiałów odlewanych i wyprasek przy znacznie mniejszych siłach ściskania i mniejszej redukcji wymiaru wysokości.

Sposób odkształcania według wynalazku polega na tym, że kompozyty z osnową stopów magnezu lub aluminium zawierających 5-25% zbrojenia w postaci cząstek i/lub włókien poddaje się procesowi ściskania wspomaganego działaniem dodatkowego naprężenia stycznego, wywołanego cyklicznym, posuwisto-zwrotnym ruchem stempla w kierunku prostopadłym do kierunku działania zasadniczej siły ściskającej, przy czym półprodukty w postaci wlewków odlewniczych lub wyprasek o ilorazie średnicy do wysokości od 1-3 poddaje się naciskowi z prędkością v = 0,1-20 mm/s, przy amplitudzie poprzecznego przemieszczenia stempla A = od 0,1-2 mm i częstotliwości f = 0,1-5 Hz.

Rozwiązanie według wynalazku stwarza możliwość uzyskania dużych odkształceń plastycznych na zimno bez konieczności stosowania międzyoperacyjnej obróbki cieplnej lub prowadzenia procesu w temperaturze podwyższonej. Zastosowanie tego rodzaju technologii przeróbki plastycznej na zimno dla półwyrobów kompozytowych, umacnianych zbrojeniem ceramicznym w postaci cząstek i/lub włókien, pozwala na efektywne usunięcie wad wynikających z procesów odlewniczych lub metalurgii proszków. Podczas tego rodzaju kształtowania, siły nacisku są znacznie mniejsze niż w przypadku

PL 227 175 B1 tradycyjnych technologii kucia, a przerób plastyczny znacznie większy. W procesie kształtowania, wytworzony zostaje korzystny stan naprężenia ułatwiający odkształcenie kompozytu oraz poprawiający warunki sprzyjające likwidacji porów i poprawę połączenia na granicy rozdziału osnowa - zbrojenie. Sposób według wynalazku pozwala, nie tylko na usunięcie wad wynikających z procesów odlewniczych, ale również podwyższeniu właściwości mechanicznych materiałów kompozytowych. Podczas tego rodzaju procesu następuje blokowanie systemów poślizgu na granicy międzyziarnowej osnowy oraz na granicy rozdziału osnowa - zbrojenie ceramiczne. Przyczynia się to do wytworzenia jednorodnej, bardzo drobnej mikrostruktury ziarnowej osnowy, zabliźniania defektów na granicy międzyfazowej lub defektów spowodowanych skurczem odlewniczym. Poprawa wytrzymałości połączenia międzyfazowego pozwala efektywniej wykorzystać zastosowane zbrojenie ceramiczne, które w kompozycie spełnia funkcję komponentu odpowiedzialnego za przenoszenie naprężeń, dzięki czemu zwiększa się wytrzymałości kompozytu. Pomimo zastosowania odkształcenia kilkanaście razy większego niż odkształcenie niszczące kompozytu w statycznej próbie rozciągania, możliwe jest uzyskanie kompozytu nie zawierającego porów i nieciągłości, charakteryzującego się dużą jednorodnością strukturalną oraz równomiernym rozmieszczenie cząstek lub włókien zbrojących w osnowie kompozytowej. Dzięki zastosowaniu dodatkowego ruchu stempla podczas spęczania wytworzony jest korzystny stan naprężeń umożliwiający bardzo duże odkształcenie plastyczne materiału kompozytowego. Przyczynia się to do wyeliminowania wad powstających podczas wytwarzania kompozytów w procesie odlewania lub procesach metalurgii proszków, związanych ze skurczem, porowatością, nierównomiernym rozmieszczeniem zbrojenia w osnowie. Powoduje także poprawę wytrzymałości połączenia na granicy rozdziału osnowa - zbrojenie ceramiczne. Dotychczas stosowane procesy przeróbki plastycznej kompozytów, mające na celu poprawę ich właściwości lub ujednorodnienia struktury, prowadzone są w temperaturze podwyższonej, zapewniającej zwiększenie zdolności do odkształcenia materiałom kompozytowym. Technologia kształtowania plastycznego z wykorzystaniem dodatkowego ruchu stempla daje możliwość uzyskania bardzo dużych odkształceń bez konieczności wstępnego nagrzewania lub wygrzewania materiału kompozytowego, w celu zwiększenia jego plastyczności.

P r z y k ł a d

1. Wlewek odlewniczy wykonany z kompozytu z osnową ze stopów aluminium zawierającego 15% mas. zbrojenia heterofazowego w postaci cząstek węglika krzemu oraz węgla szklistego, o ilorazie średnicy do wysokości od 1,5 umieszcza się w przyrządzie do ściskania z poprzecznym ruchem stempla, znajdującym się w przestrzeni roboczej prasy.

2. Górny stempel przyrządu dosuwa się do powierzchni wlewka lub wypraski.

3. W programie sterującym prasą i przyrządem deklaruje się parametry procesu ściskania, takie jak: przemieszczenie - końcowa wartość wysokości wlewka (h = 50% wysokości początkowej wlewka) i prędkość liniową przemieszczenia stempla w kierunku pionowym v (v = 2 mm/s) oraz amplitudę A i częstotliwość przemieszczenia stempla w kierunku poziomym f (A = 0,5 mm, f = 1 Hz).

4. Uruchamia się proces spęczania z zadeklarowanymi parametrami kinematycznymi .

5. Proces spęczania kończy się w momencie osiągnięcia zadeklarowanego przemieszczenia stempla do wysokości 50% wysokości początkowej wlewka.

6. Wyjmuje się odkształcony wlewek z urządzenia.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Metoda przetwarzania półproduktów z kompozytów z osnową ze stopów metali lekkich zawierających zbrojenie heterofazowe, znamienna tym, że kompozyty z osnową stopów magnezu lub aluminium zawierających 5-25% zbrojenia w postaci cząstek i/lub włókien poddaje się procesowi ściskania wspomaganego działaniem dodatkowego naprężenia stycznego, wywołanego cyklicznym, posuwisto-zwrotnym ruchem stempla w kierunku prostopadłym do kierunku działania zasadniczej siły ściskającej, przy czym półprodukty w postaci wlewków odlewniczych lub wyprasek o ilorazie średnicy do wysokości od 1-3 poddaje się naciskowi z prędkością v = 0,1-20 mm/s, przy amplitudzie poprzecznego przemieszczenia stempla A = od 0,1-2 mm i częstotliwości f = 0,1-5 Hz.