PL233434B1 - Sposób wytwarzania kompozytu magnezowego z cząstkami węgla szklistego z submikro lub nanoziarnistą osnową - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania kompozytu magnezowego z włóknami węglowymi z submikro lub nanoziarnistą osnową, który polega na tym, że wlewek kompozytowy z osnową ze stopu magnezu zawierający do 2% mas. Zn, do 0,6% mas. Zr, do 0,6% mas. pierwiastków ziem rzadkich (RE) i 2 ÷ 10% mas. włókien węglowych krótkich o długości nie większej niż 300 µm i 300 µm i o =-8 ÷ 10 µm, odlewa się grawitacyjnie do formy z suspensji stop-włókna, po czym poddaje się wyciskaniu na zimno z prędkością posuwu stempla od 0,1 do 0,3 mm/s i obustronnemu cyklicznemu skręcaniu (±6 ÷ 10°) z częstotliwością od 3 do 8 Hz.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytu magnezowego z cząstkami węgla szklistego z submikro lub nanoziarnistą osnową.

Kompozytowe wyroby, w których osnową są stopy magnezu, a zbrojenie stanowią cząstki węgla szklistego otrzymuje się metodami prasowania mieszanin proszkó w z udziałem fazy ciekłej lub z odlewanych suspensji ciekły metal-cząstki. Procesy te umożliwiają uzyskanie szerokiego zakresu udziału objętościowego zbrojenia węglowego, ale mają ograniczone możliwości sterowania wielkością ziarna osnowy, które kształtuje się podczas jej krzepnięcia. Występuje tu prawidłowość, im mniejszy udział zbrojenia, tym większe ziarna osnowy, a zwiększenie dyspersji cząstek spr zyja tworzeniu przez nie sieci - skupisk o układzie komórek, wokół rosnących ziaren osnowy. Wyzwanie technologiczne stanowi zatem homogeniczne rozmieszczenie cząstek, jak i drobnoziarnista mikrostruktura stopu osnowy.

Zastosowanie przeróbki plastycznej głównie w podwyższonej temperaturze, np. walcowanie i wyciskanie, jest rozwiązaniem znanym w technologii metalowych kompozytów z cząstkami, a jej głównym zadaniem jest usunięcie porów powstałych podczas pro cesu spiekania lub odlewania, a także zwiększenie homogeniczności rozmieszczenia zbrojenia w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku przeróbki. Konwencjonalna przeróbka plastyczna może być również wykorzystana do modyfikacji mikrostruktury i właściwości osnowy metalicznej, ale jej możliwości są ograniczone, gdyż wprowadzenie zbyt dużych naprężeń generuje defekty w fazie zbrojącej jak i połączeniu osnowa-cząstka, które w efekcie osłabiają kompozyt. W odniesieniu do kompozytów z osnową z magnezu i jego stopów efekt umocnienia w konwencjonalnych procesach przeróbki plastycznej jest znikomy, co wynika z natury tego metalu.

Celem wynalazku jest zwiększenie właściwości mechanicznych kompozytu na osnowie stopu magnezu, w którym jako faza funkcyjna występują cząstki węgla szklistego, w wyniku rozdrobnienia ziarna osnowy do skali submikro i nanoziarnistej, i otrzymanie elementów w postaci drutów, wałków lub o innym profilu przekroju przeznaczonych do bezpośredniego użycia lub dodatkowej kształtującej obróbki mechanicznej.

Stwierdzono nieoczekiwanie, że istnieje możliwość poddania kompozytu magnezowego z cząstkami węgla szklistego przeróbce plastycznej na zimno metodą wyciskania z rewersyjną matrycą (KOBO) i uzyskania poprawy właściwości mechanicznych co wynika ze znaczącego rozdrobnienia ziarna osnowy (więcej niż o jeden rząd wielkości) i częściowo zmniejszenia wielkości cząstek węgla szklistego.

Sposób wytwarzania kompozytu magnezowego według wynalazku polega na tym, że wlewek kompozytowy z osnową ze stopu magnezu zawierający do 0,7% mas. Zn, do 0,06% mas. Zr, do 0,6% mas. pierwiastków ziem rzadkich (RE) i 2-20% mas. cząstek węgla szklistego o granulacji 70-100 μm, odlewa się do formy z suspensji stop-cząstki, o czym poddaje się wyciskaniu na zimno z prędkością posuwu stempla od 0,1 do 0,3 mm/s i obustronnemu cyklicznemu skręcaniu (±6:10) z częstotliwością od 3 do 8 Hz.

Proponowane rozwiązanie według wynalazku pozwala wytworzyć lekkie wyroby na bazie magnezu w postaci drutu, wałków, płaskowników itp., które można poddać dodatkowo kształtującej obróbce mechanicznej, charakteryzujące się podwyższoną twardością, zawierające stabilny chemicznie węgiel szklisty stanowiący funkcyjną fazę poprawiającą m.in. właściwości tribologiczne.

P r z y k ł a d

Wlewek kompozytowy z osnową ze stopu magnezu zawierającego 0,7% mas. Zn, 0,06% mas. Zr i 0,6% mas. pierwiastków ziem rzadkich (RE) i 10% mas. cząstek węgla szklistego o granulacji 70-100 μm odlewa się do formy stalowej z suspensji stop-cząstki, po czym poddaje się bez wstępnego podgrzewania wyciskaniu rewersyjnym skręcaniem, wyciskaniu na zimno z prędkością posuwu stempla 0,2 mm/s i cyklicznym skręcaniem (±8°) z częstotliwością 5 Hz i uzyskuje się drut, pręt lub wyrób o innej geometrii przekroju płaskiego. W trakcie takiej przeróbki plastycznej cząstki, dzięki słabej wytrzymałości na ścinanie, ulegają fragmentacji zachowując korzystne ciągłe połączenie z osnową, co jest konsekwencją intensywnego odkształcenia osnowy w ich sąsiedztwie. W efekcie płynięcia materiału, zachowującego się jak lepka ciecz podczas wyciskania z prędkością odpowiednio skorelowaną z częstością skręcania, możliwe jest znaczące zmniejszenie przekroju elementu, któremu w wyniku rekrystalizacji dynamicznej towarzyszy rozdrobnienie ziaren osnowy do wielkości submikro i mikrometrycznej, co powoduje znaczący wzrost finalnych właściwości mechanicznych kompozytu,

PL 233 434 B1 charakteryzującego się równocześnie bardzo dobrymi właściwościami tribologicznymi w warunkach tarcia suchego. Uzyskuje się dzięki temu wyroby o parametrach wytrzymałościowych większych od kompozytów o tym samym składzie wytwarzanych innymi metodami, dzięki rozdrobnieniu struktury osnowy z zachowaniem cech połączenia metal-włókno. Uzyskany materiał w wyniku wyciskania posiada zmniejszoną średnicę elementu z 40 mm do 6 mm, ponadto wykazuje średnią twardość 80 HB, podczas gdy wsad w postaci odlewu bezciśnieniowego wykazuje średnią twardość 36 HB, w postaci odlewu ciśnieniowego wykazuje średnią twardość 50 HB, a element z odlewu bezciśnieniowego wyciskany w temperaturze 400°C posiada twardość 56 HB. Porównując średnią średnicę ziarna stopu osnowy w kompozycie w stanie odlanym, z średnią średnicę ziarna stopu osnowy w kompozycie w stanie wyciskanym w rewersyjnej matrycy, uzyskuje się jej zmniejszenie z 20 μm do 1 μm.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sposób wytwarzania kompozytu magnezowego z cząstkami węgla szklistego z submikro lub nanoziarnistą osnową, znamienny tym, że wlewek kompozytowy z osnową ze stopu magnezu zawierający do 0,7% mas. Zn, do 0,06% mas. Zr, do 0,6% mas. pierwiastków ziem rzadkich (RE) i 2-20% mas. cząstek węgla szklistego o granulacji 70-100 μm, odlewa się do formy z suspensji stop-cząstki, po czym poddaje się wyciskaniu na zimno z prędkością posuwu stempla od 0,1 do 0,3 mm/s i obustronnemu cyklicznemu skręcaniu (±6:10°) z częstotliwością od 3 do 8 Hz.