RU2368475C1 - Способ получения биметаллов из низколегированной стали и алюминиевых сплавов - Google Patents
Способ получения биметаллов из низколегированной стали и алюминиевых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2368475C1 RU2368475C1 RU2008117926/02A RU2008117926A RU2368475C1 RU 2368475 C1 RU2368475 C1 RU 2368475C1 RU 2008117926/02 A RU2008117926/02 A RU 2008117926/02A RU 2008117926 A RU2008117926 A RU 2008117926A RU 2368475 C1 RU2368475 C1 RU 2368475C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- steel
- aluminium
- layer
- contact surface
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано при производстве многослойных материалов, в частности, на основе алюминия и железа. Алюминиевую заготовку, предварительно плакированную слоем из технически чистого алюминия, нагревают до температуры, равной (0,65-0,75) температуры плавления алюминия. Совместную прокатку собранного пакета, состоящего из холодной стальной и нагретой алюминиевой заготовок, осуществляют за один проход с обжатием 65-80% с последующей термической обработкой биметалла. Перед сборкой пакета проводят механическую обработку контактной поверхности стальной заготовки с удельным давлением (0,5-8,5) МПа с одновременным формированием перекрещивающегося рельефа, острый угол которого составляет от 20 до 70 градусов, а высота неровностей профиля Rmax находится в пределах 0,05-0,2 толщины плакирующего слоя алюминиевой заготовки. Технический результат изобретения состоит в повышении прочности, надежности и стабильности механических свойств биметаллического соединения на отрыв и на срез. 1 табл.
Description
Изобретение относится к производству многослойных материалов, в частности на основе алюминия и железа, и может быть использовано в металлургической промышленности.
Известен способ получения биметаллов на основе стали и алюминиевых сплавов с промежуточной прослойкой из технически чистого алюминия, включающий подготовку соединяемых поверхностей зачисткой абразивными кругами и проволочными щетками, нагрев алюминиевых заготовок до температуры их горячей обработки, сборку пакета и совместную прокатку стали и алюминия без деформации стального слоя с последующей термической обработкой биметаллической заготовки (Патент РФ №2061083 от 27 мая 1996 г. - аналог).
Недостатками известного способа является недостаточная прочность сцепления слоев биметалла на отрыв и на срез.
Наиболее близким техническим решением, принятым нами за прототип, является способ прокатки конструкционных биметаллов без деформации стальной основы (Засуха П.Ф. и др. Биметаллический прокат. М., 1971. С.184-189 - аналог), включающий нагрев заготовок из алюминиевых сплавов, предварительно плакированных слоем чистого алюминия, до температуры их горячей прокатки, формирование пакета с использованием холодных или нагретых полос, прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термическую обработку.
Недостатком этого способа является отсутствие оптимальной технологии подготовки контактных поверхностей соединяемых материалов, что приводит к снижению стабильности качества сцепления слоев биметалла и, как следствие, к недопустимому снижению прочностных свойств соединения.
Техническим результатом изобретения является разработка способа получения биметаллов из низколегированной стали и алюминиевых сплавов, обеспечивающего повышение прочности, надежности и стабильности механических свойств биметаллического соединения на отрыв и на срез.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения биметаллов из низколегированной стали и алюминиевых сплавов, включающем нагрев алюминиевой заготовки, предварительно плакированной слоем чистого алюминия, до температуры, равной 0,65-0,75 температуры плавления алюминия, сборку пакета из холодной стальной и нагретой алюминиевой заготовок, совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термическую обработку, согласно изобретению перед сборкой пакета проводят механическую обработку контактной поверхности стальной заготовки с удельным давлением (0,5-8,5) МПа, при этом образуют перекрещивающийся рельеф, острый угол которого составляет 20-70 градусов, а высота неровностей профиля Rmax находится в пределах 0,05-0,2 толщины плакирующего слоя алюминиевой заготовки.
Как показали результаты экспериментальных исследований, механическую подготовку контактной поверхности стальной заготовки следует осуществлять с удельным давлением (0,5-8,5) МПа с целью обеспечения оптимальной глубины деформирования структуры металла в поверхностном слое стали в пределах 10-40 мкм. При этих условиях формируется в поверхностном слое структура металла, характеризующаяся измельченным зерном с размерами, в 5-10 раз меньшими по сравнению с исходным состоянием, и значениями микротвердости, в 1,5-2,5 раза превышающими значения микротвердости исходного материала, благодаря чему интенсифицируются процессы массопереноса на контактной поверхности стали и алюминия при прокатке за счет диффузии, которая протекает по границам зерен в несколько раз быстрее, чем по объему зерна. Реализация этих процессов способствует надежному схватыванию стали и алюминия при их совместной прокатке и обеспечивает условия для образования прочного биметаллического соединения.
Механическая подготовка контактной поверхности стальной заготовки с удельным давлением ниже 0,5 МПа приводит к снижению глубины деформирования металла поверхностного слоя менее 10 мкм, что сопровождается при прокатке уменьшением величины зоны диффузионного взаимодействия стали и алюминия, неполнотой протекания процессов схватывания металлов, и, следовательно, не достигаются достаточные прочностные свойства соединения. Механическая подготовка контактной поверхности стальной заготовки с удельным давлением выше 8,5 МПа сопровождается увеличением глубины деформирования металла поверхностного слоя более 40 мкм, что приводит к формированию макронеоднородности прочностных свойств между поверхностными и глубинными слоями металла, возникновению в них остаточных напряжений, возможному исчерпанию пластичности, образованию трещин, расслоений и, следовательно, недопустимому снижению прочностных свойств биметаллического соединения.
Важным фактором в обеспечении процесса надежного соединения металлов в твердом состоянии методом совместной прокатки с однокомпонентным деформированием алюминиевого слоя является состояние контактной поверхности прочного слоя из стали, геометрические параметры которой характеризуются ее шероховатостью и направлением неровностей относительно направления прокатки.
В предлагаемом способе механическую подготовку контактной поверхности стального слоя под прокатку осуществляют с образованием на контактной поверхности перекрещивающегося рельефа, острый угол которого составляет от 20 до 70°, а высота неровностей профиля Rmax составляет от 0,05 до 0,2 толщины плакирующего слоя из технически чистого алюминия.
Образование на контактной поверхности стальной заготовки перекрещивающегося рельефа под углом от 20 до 70° обеспечивает при совместной прокатке пластическое течение алюминиевого сплава по стали с полным заполнением объемов между неровностями и увеличением (развитием) фактической площади подготовленной контактной поверхности стального слоя в 1,1-1,3 раза по сравнению с исходной поверхностью, что сопровождается повышением прочности биметаллического соединения на отрыв и на срез.
Снижение угла перекрещивания рельефа менее 20°, как и увеличение более 70°, практически не развивает контактную площадь, которая не превышает 10% от исходной поверхности.
Высота неровностей профиля Rmax должна составлять от 0,05 до 0,2 толщины плакирующего слоя из технически чистого алюминия, находящегося на исходной алюминиевой заготовке, что обеспечивает равномерное пластическое течение и стабильное схватывание алюминия со сталью. Снижение высоты неровностей на поверхности стали менее 0,05 толщины плакирующего слоя приводит к «проскальзыванию» алюминия без его физического схватывания со сталью, а увеличение высоты неровностей более 0,2 толщины плакирующего слоя не позволяет обеспечить заполнение полного объема пустот между неровностями.
Пример осуществления изобретения.
Технологический процесс получения биметалла из низколегированной стали марки D40S толщиной 5 мм и алюминиевого сплава марки 1561 толщиной 15 мм, предварительно плакированного слоем из технически чистого алюминия марки А5 толщиной 1,2 мм, включал в себя следующие операции:
- механическая подготовка контактной поверхности стальной заготовки с помощью шлифовального инструмента из белого корунда марки 25А зернистости 40 на керамической связке К1А с продольными и перекрестными перемещениями круга под острым углом 20-70°, при этом шероховатость стальной поверхности по параметру Rmax составляла от 60 мкм до 240 мкм, что соответствовало (0,05-0,2) толщины плакирующего слоя из технически чистого алюминия;
- зачистка проволочными дисковыми щетками поверхности алюминиевой заготовки;
- нагрев алюминиевой заготовки при температуре 450°С и ее укладка на зачищенную холодную поверхность стальной заготовки;
- совместная прокатка пакета без деформации стали за один проход с обжатием алюминиевого слоя на величину 70%;
- отжиг биметалла.
Проведенным металлографическим анализом поверхности шлифов биметалла, изготовленного по предлагаемому решению, установлено, что глубина деформированного слоя со стороны контактной поверхности стали составила 10-40 мкм, а средний размер зерна в этой области - 1-2 мкм при среднем размере зерна исходного материала 10 мкм.
Прочность сцепления слоев биметалла оценивали испытанием на отрыв и на срез специальных цилиндрических и плоских образцов, результаты которых приведены в таблице.
Как показывают результаты испытаний, предлагаемый способ получения биметалла на основе низколегированной стали марки D40S и алюминиевого сплава марки 1561 обеспечивает высокие значения прочности сцепления слоев на отрыв и на срез (на 15-20% выше сравниваемого прототипа) при значительно более низких значениях среднеквадратичного отклонения (СКО), что свидетельствует о стабильности свойств биметаллического соединения.
Claims (1)
- Способ получения биметаллов из низколегированной стали и алюминиевых сплавов, включающий нагрев алюминиевой заготовки, предварительно плакированной слоем технически чистого алюминия, до температуры, равной 0,65-0,75 температуры плавления алюминия, сборку пакета, состоящего из холодной стальной и нагретой алюминиевой заготовок, совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термическую обработку, отличающийся тем, что перед сборкой пакета проводят механическую обработку контактной поверхности стальной заготовки с удельным давлением 0,5-8,5 МПа, при этом образуют перекрещивающийся рельеф, острый угол которого составляет от 20 до 70°, а высота неровностей профиля Rmax находится в пределах 0,05-0,2 толщины плакирующего слоя алюминиевой заготовки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008117926/02A RU2368475C1 (ru) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Способ получения биметаллов из низколегированной стали и алюминиевых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008117926/02A RU2368475C1 (ru) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Способ получения биметаллов из низколегированной стали и алюминиевых сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2368475C1 true RU2368475C1 (ru) | 2009-09-27 |
Family
ID=41169473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008117926/02A RU2368475C1 (ru) | 2008-05-04 | 2008-05-04 | Способ получения биметаллов из низколегированной стали и алюминиевых сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2368475C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2574948C1 (ru) * | 2014-07-29 | 2016-02-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ производства биметаллического проката на основе низкоуглеродистой стали и алюминиевого сплава |
RU2756086C1 (ru) * | 2021-02-16 | 2021-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (ФГБОУ ВО "МГТУ им. Г.И. Носова") | Способ получения слоистого биметалла сталь-алюминиевый сплав |
RU2762696C1 (ru) * | 2021-01-22 | 2021-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (ФГБОУ ВО "МГТУ им. Г.И. Носова") | Способ получения слоистого проката |
-
2008
- 2008-05-04 RU RU2008117926/02A patent/RU2368475C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЗАСУХА П.Ф. и др. Биметаллический прокат. - М., 1971, с.184-189. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2574948C1 (ru) * | 2014-07-29 | 2016-02-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ производства биметаллического проката на основе низкоуглеродистой стали и алюминиевого сплава |
RU2762696C1 (ru) * | 2021-01-22 | 2021-12-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (ФГБОУ ВО "МГТУ им. Г.И. Носова") | Способ получения слоистого проката |
RU2756086C1 (ru) * | 2021-02-16 | 2021-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (ФГБОУ ВО "МГТУ им. Г.И. Носова") | Способ получения слоистого биметалла сталь-алюминиевый сплав |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ramulu et al. | Internal defect and process parameter analysis during friction stir welding of Al 6061 sheets | |
CN105478475B (zh) | 一种轧制高强度金属复合板的方法 | |
US8302834B2 (en) | Friction stir welding using a superabrasive tool | |
Ming et al. | Microstructure and mechanical properties of Al-Fe meshing bonding interfaces manufactured by explosive welding | |
RU2560472C2 (ru) | Способ получения многослойного материала | |
Wu et al. | Material flow velocity, strain and strain rate in ultrasonic vibration enhanced friction stir welding of dissimilar Al/Mg alloys | |
Kirik et al. | Effect of particle size and volume fraction of the reinforcement on the microstructure and mechanical properties of friction welded MMC to AA 6061 aluminum alloy | |
Wang et al. | Rotary friction welding on dissimilar metals of aluminum and brass by using pre-heating method | |
EP0028763B1 (en) | Method for pressure bonding metal members by utilizing eutectic reaction | |
RU2368475C1 (ru) | Способ получения биметаллов из низколегированной стали и алюминиевых сплавов | |
RU2315697C2 (ru) | Биметалл повышенной прочности и способ его изготовления | |
CN113146050A (zh) | 一种异种金属材料的激光焊接方法 | |
RU2463140C1 (ru) | Способ получения композиционного материала титан-алюминий | |
Medhi et al. | An experimental investigation on the influence of rotational speed on microstructure and mechanical properties of friction stir welded dissimilar Al-Cu joints | |
RU2552464C1 (ru) | Способ получения слоистого композиционного материала на основе алюминиевых сплавов и низколегированной стали | |
Prakash et al. | Effect of Tool-Pin Profile on Weld Zone and Mechanical Properties in Friction Stir Welding of Aluminium Alloy. | |
Nowacki et al. | Trends of joining composite AlSi-SiC foams | |
Chauhan et al. | Effect of friction stir welding parameters on impact strength of the AZ31 magnesium alloy joints | |
US6554927B1 (en) | Method of explosive bonding, composition therefor and product thereof | |
JP4039725B2 (ja) | 超硬合金と鋼の接合材料およびその製造方法 | |
Barrak et al. | Friction Stir Spot Welding Of Pure Copper (C11000) With Pre-Holed Threaded Aluminum Alloys (AA5052) | |
Dheenadayalan et al. | Effect of diffusion bonding temperature on mechanical and microstructure characteristics of Cp titanium and high strength aluminium dissimilar joints | |
Naumov et al. | Friction stir welding of dissimilar in thickness Al-5Mg alloy butt joints | |
Robin et al. | Wire mesh/ceramic particle reinforced aluminium based composite using explosive cladding | |
Hovanski et al. | Aluminum Tailor-Welded Blanks for High Volume Automotive Applications |