RU2373036C1 - Method of fabrication of wear resistant coating - Google Patents
Method of fabrication of wear resistant coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2373036C1 RU2373036C1 RU2008120078/02A RU2008120078A RU2373036C1 RU 2373036 C1 RU2373036 C1 RU 2373036C1 RU 2008120078/02 A RU2008120078/02 A RU 2008120078/02A RU 2008120078 A RU2008120078 A RU 2008120078A RU 2373036 C1 RU2373036 C1 RU 2373036C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- package
- aluminum
- welding
- layer
- titanium
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения износостойких покрытий на металлах с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано при изготовлении пар трения, тормозных устройств и т.п.The invention relates to a technology for producing wear-resistant coatings on metals using the energy of explosives (BB) and can be used in the manufacture of friction pairs, braking devices, etc.
Известен способ получения композиционного материала титан-железо, при котором предварительно составляют многослойный пакет из чередующихся пластин железа и титана с заданным соотношением толщин, сваркой взрывом, отжигом и последующей прокаткой получают композиционный многослойный тонколистовой материал железо-титан с соотношением толщин слоев 1:(2-4) при толщине слоя железа 8-15 мкм, после чего осуществляют дополнительный отжиг при температуре 800-900°C и выдержке 1-4 ч. Данным способом получают детали, предназначенные для работы при повышенных температурах. Помимо повышения жаропрочности в процессе операции отжига повышаются также твердость и износостойкость поверхности материала (патент РФ №2003446, МПК 5 В23К 20/08; В23К 20/04, опубл. 30.11.93, бюл. №43-44).A known method for producing a titanium-iron composite material, in which a multilayer package of alternating plates of iron and titanium with a given ratio of thicknesses, explosion welding, annealing and subsequent rolling is preliminarily prepared, a composite multilayer iron-titanium sheet material with a layer thickness ratio of 1: (2- 4) with an iron layer thickness of 8-15 microns, after which additional annealing is carried out at a temperature of 800-900 ° C and a holding time of 1-4 hours. In this way, parts intended for operation at elevated temperatures are obtained s temperatures. In addition to increasing the heat resistance during the annealing operation, the hardness and wear resistance of the material surface also increase (RF patent No. 20043446, IPC 5 V23K 20/08; V23K 20/04, publ. 30.11.93, bull. No. 43-44).
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено диффузией железа и титана на всю толщину металлических слоев, что приводит к существенному повышению хрупкости материала, снижению стойкости к разрушению при циклических нагрузках, что весьма ограничивает технологические возможности использования данного способа при создании пар трения и тормозных устройств.This method has a low technical level, which is due to the diffusion of iron and titanium over the entire thickness of the metal layers, which leads to a significant increase in the fragility of the material, a decrease in fracture resistance under cyclic loads, which greatly limits the technological possibilities of using this method to create friction pairs and brake devices .
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения композиционного материала алюминий-титан, при котором составляют пакет из слоев алюминия и титана, размещают над ним заряд взрывчатого вещества, осуществляют сварку взрывом и проводят отжиг сваренной заготовки; при реализации способа отношение удельной массы заряда взрывчатого вещества к удельной массе алюминиевого слоя равно 1,11-5,0, при этом используют заряд взрывчатого вещества со скоростью детонации, равной 2250-3300 м/с, после сварки пакет подвергают отжигу путем нагрева до температуры, превышающей температуру плавления алюминия в 1,06-1,14 раза в течение 0,5-2 часов с формированием при этом сплошной теплозащитной интерметаллидной прослойки, с последующим обжатием пакета стальными пуансонами на 20-50% толщины алюминиевого слоя и одновременной его кристаллизацией. В результате получают двухслойное покрытие на титановой пластине, состоящее из интерметаллидной прослойки и алюминиевого слоя (патент РФ N 2255849, МПК 7 В23К 20/08; В32В 15/01, опубл. 10.07.2005, бюл. №19-прототип).The closest in technical level and the achieved result is a method of producing an aluminum-titanium composite material, in which a package of layers of aluminum and titanium is made, an explosive charge is placed over it, explosion welding is carried out, and the welded billet is annealed; when implementing the method, the ratio of the specific mass of the explosive charge to the specific gravity of the aluminum layer is 1.11-5.0, while using the explosive charge with a detonation speed equal to 2250-3300 m / s, after welding the package is annealed by heating to a temperature exceeding the melting temperature of aluminum by 1.06-1.14 times for 0.5-2 hours with the formation of a continuous heat-protective intermetallic layer, followed by compression of the package with steel punches to 20-50% of the thickness of the aluminum layer and its simultaneous allizatsiey. The result is a two-layer coating on a titanium plate, consisting of an intermetallic layer and an aluminum layer (RF patent N 2255849, IPC 7 V23K 20/08; V32V 15/01, publ. 10.07.2005, bull. No. 19 prototype).
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено наличием операции обжатия пакета стальными пуансонами на 20-50% толщины алюминиевого слоя, вследствие чего на поверхности интерметаллидной прослойки остается алюминиевый слой значительной толщины, обладающий весьма низкой твердостью и износостойкостью. Даже в случае удаления алюминиевого слоя с поверхности интерметаллидной прослойки материал не будет обладать высокой износостойкостью и долговечностью при использовании его в парах трения из-за весьма малой толщины интерметаллидной прослойки, не превышающей 25-30 мкм, и недостаточно высокой ее твердостью, а это весьма сужает возможные области применения данного способа при создании пар трения, тормозных устройств и т.п.This method has a low technical level, which is due to the operation of compressing the package with steel punches for 20-50% of the thickness of the aluminum layer, as a result of which an aluminum layer of considerable thickness remains on the surface of the intermetallic layer, which has a very low hardness and wear resistance. Even if the aluminum layer is removed from the surface of the intermetallic layer, the material will not have high wear resistance and durability when used in friction pairs due to the very small thickness of the intermetallic layer not exceeding 25-30 μm and its insufficient hardness, and this narrows very possible applications of this method when creating friction pairs, braking devices, etc.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа получения износостойкого интерметаллидного покрытия на поверхности титановой пластины с значительно большей в сравнении с прототипом толщиной интерметаллидного слоя, обладающего значительно большей твердостью, а следовательно и износостойкостью, повышение скорости роста интерметаллидного слоя на базе нового технологического процесса сварки взрывом алюминия с титаном с последующим отжигом на оптимизированных режимах, обжатием пакета стальными пластинами с полным удалением остатков алюминия с поверхности образовавшейся сплошной интерметаллидной прослойки, с дополнительным нагревом и ускоренным охлаждением, способствующим значительному упрочнению интерметаллидного покрытия, а это существенно повышает эффективность материала, полученного по предлагаемому способу в парах трения, тормозных системах и т.п.In this regard, the most important task is to create a new method of obtaining a wear-resistant intermetallic coating on the surface of a titanium plate with a significantly greater thickness of the intermetallic layer in comparison with the prototype, which has significantly greater hardness, and therefore wear resistance, increasing the growth rate of the intermetallic layer on the basis of a new welding process explosion of aluminum with titanium, followed by annealing under optimized conditions, compression of the package with steel plates with full Alain aluminum residues from the surface of the formed solid intermetallic layer, with additional heating and rapid cooling, contributing considerable hardening intermetallic coating, and this increases the efficiency of the material obtained by the proposed method in friction pairs, brake systems, etc.
Техническим результатом предложенного способа является создание новой технологии, обеспечивающей с помощью сварки взрывом, а также последующих термических и силовых воздействий получение на поверхности титановой пластины более толстого в сравнении с прототипом износостойкого интерметаллидного покрытия, обладающего повышенной твердостью и износостойкостью, с увеличением при этом скорости роста интерметаллидной прослойки.The technical result of the proposed method is the creation of a new technology that provides explosion welding, as well as subsequent thermal and power effects, to obtain on the surface of the titanium plate a thicker coating in comparison with the prototype wear-resistant intermetallic coating, which has increased hardness and wear resistance, while increasing the growth rate of intermetallic interlayers.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения износостойкого покрытия, включающем составление пакета из слоев алюминия и титана, размещение над ним заряда взрывчатого вещества, осуществление сварки взрывом, отжиг сваренной заготовки при температуре, превышающей температуру плавления алюминия с формированием сплошной интерметаллидной прослойки и обжатие пакета стальными пуансонами, составляют пакет под сварку взрывом из слоев алюминия и титана с соотношением толщин слоев 1:(2-8) при толщине слоя алюминия 1-1,5 мм, располагают на поверхности пакета заряд ВВ и осуществляют сварку взрывом при скорости детонации 1760-2700 м/с, при этом высоту заряда ВВ и сварочный зазор между пластинами пакета выбирают такими, чтобы скорость их соударения при сварке взрывом была в пределах 550-650 м/с, после сварки пакет подвергают отжигу путем нагрева до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 90-100°C в течение 1,5-3 часов с формированием между слоями алюминия и титана сплошной интерметаллидной прослойки, затем производят обжатие пакета стальными пуансонами до полного удаления с поверхности интерметаллидной прослойки остатков алюминиевого слоя, после этого полученную заготовку нагревают до температуры 730-740°C, выдерживают в течение 0,2-0,3 часов, а затем ускоренно охлаждают между металлическими пластинами с высокой теплопроводностью с получением на поверхности титановой пластины высокотвердого износостойкого интерметаллидного покрытия. При этом в качестве материала металлических пластин с высокой теплопроводностью используют медь.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for producing a wear-resistant coating, comprising composing a package of layers of aluminum and titanium, placing an explosive charge above it, performing explosion welding, annealing the welded billet at a temperature higher than the melting temperature of aluminum with the formation of a continuous intermetallic layer and compression package with steel punches, make up a package for explosion welding of aluminum and titanium layers with a ratio of layer thicknesses 1: (2-8) with an aluminum layer thickness of 1-1.5 m m, the explosive charge is placed on the surface of the packet and explosion welding is carried out at a detonation speed of 1760-2700 m / s, while the explosive charge height and the welding gap between the plates of the packet are chosen so that their speed of impact during explosion welding is in the range of 550-650 m / s, after welding, the package is annealed by heating to a temperature exceeding the melting temperature of aluminum by 90-100 ° C for 1.5-3 hours with the formation of a continuous intermetallic layer between the layers of aluminum and titanium, then compress the package with steel punches until the residual aluminum layer is completely removed from the surface of the intermetallic layer, then the obtained billet is heated to a temperature of 730-740 ° C, kept for 0.2-0.3 hours, and then rapidly cooled between metal plates with high thermal conductivity to obtain on the surface titanium plate of a high hardness wear-resistant intermetallic coating. At the same time, copper is used as the material of metal plates with high thermal conductivity.
В таких условиях воздействия на свариваемый пакет высоких давлений и температур происходит сварка взрывом алюминия с титаном, формируется сплошная интерметаллидная прослойка повышенной толщины, удаляется избыточный алюминиевый слой, а при ускоренном охлаждении с температур окончательной термообработки получают значительное упрочнение интерметаллидного слоя, что способствует повышению износостойкости покрытия в парах трения и тормозных устройствах с сохранением высоких механических свойств титанового слоя.Under such conditions of exposure to the welded package of high pressures and temperatures, welding is performed by explosion of aluminum with titanium, a continuous intermetallic layer of increased thickness is formed, an excess aluminum layer is removed, and with accelerated cooling from the temperatures of the final heat treatment, a significant hardening of the intermetallic layer is obtained, which increases the wear resistance of the coating in friction pairs and brake devices while maintaining the high mechanical properties of the titanium layer.
Новый способ получения износостойкого покрытия имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по строению и свойствам полученного материала, так и по совокупности технологических приемов воздействия на свариваемый пакет и режимов осуществления способа. Так предложено составлять пакет под сварку взрывом из слоев алюминия и титана с соотношением толщин слоев 1:(2-8) при толщине слоя алюминия 1-1,5 мм. При толщине слоя алюминия менее 1 мм из-за его малой прочности на изгиб затруднено обеспечение постоянного сварочного зазора между свариваемыми слоями, что может приводить к некачественной сварке. Толщина слоя алюминия более 1,5 мм является избыточной, поскольку в этом случае в процессе дальнейшего высокотемпературного обжатия сваренной заготовки неоправданно большое количество алюминия уйдет в отходы. Соотношение толщин слоев алюминия и титана 1:(2-8) является оптимальным, поскольку при этом сводятся к минимуму неконтролируемые деформации металлических слоев при минимальном расходе дорогостоящего титана в расчете на одно изделие. При соотношении толщин слоев алюминия и титана выше верхнего предлагаемого предела толщина слоя титана оказывается недостаточной для обеспечения его механической прочности в процессе нанесения на него износостойкого покрытия. Кроме того, у титанового слоя в процессе сварки взрывом возможны неконтролируемые деформации, что может ухудшить качество получаемого материала. При величине этого соотношения ниже нижнего предлагаемого предела толщина титанового слоя является избыточной, поскольку это приводит к увеличению площади краевых эффектов по периметру сваренной заготовки, поэтому значительный объем титана в расчете на одно изделие уйдет в отходы.A new method of obtaining a wear-resistant coating has significant differences compared with the prototype both in the structure and properties of the obtained material, and in the combination of technological methods for influencing the welded bag and the modes of the method. So it is proposed to make a package for explosion welding of aluminum and titanium layers with a ratio of layer thicknesses 1: (2-8) with an aluminum layer thickness of 1-1.5 mm. With an aluminum layer thickness of less than 1 mm, due to its low bending strength, it is difficult to maintain a constant welding gap between the layers to be welded, which can lead to poor-quality welding. An aluminum layer thickness of more than 1.5 mm is excessive, because in this case, during the further high-temperature compression of the welded billet, an unreasonably large amount of aluminum will be wasted. The ratio of the thicknesses of the layers of aluminum and titanium 1: (2-8) is optimal, because this minimizes the uncontrolled deformation of the metal layers with a minimum consumption of expensive titanium per one product. When the ratio of the thicknesses of the layers of aluminum and titanium is higher than the upper proposed limit, the thickness of the titanium layer is insufficient to ensure its mechanical strength in the process of applying a wear-resistant coating to it. In addition, uncontrolled deformations are possible in the titanium layer during the explosion welding process, which can impair the quality of the resulting material. With the value of this ratio below the lower proposed limit, the thickness of the titanium layer is excessive, since this leads to an increase in the area of edge effects along the perimeter of the welded billet, therefore, a significant amount of titanium per one product will be wasted.
Предложено осуществлять сварку взрывом при скорости детонации 1760-2700 м/с, при этом высоту заряда ВВ и сварочный зазор между пластинами пакета выбирать такими, чтобы скорость их соударения при сварке взрывом была в пределах 550-650 м/с, что обеспечивает качественную сварку алюминия с титаном без неконтролируемых деформаций и разрушений металлических слоев при минимальном расходе взрывчатого вещества в расчете на одно изделие. При скорости детонации ВВ и скорости соударения алюминиевого слоя с титановым ниже нижних предлагаемых пределов возможно появление непроваров, а это снижает качество получаемого материала. При скорости детонации взрывчатого вещества и скорости соударения алюминия с титаном выше верхних предлагаемых пределов увеличивается вероятность неконтролируемых деформаций, возрастает экономически нецелесообразный расход взрывчатого вещества в расчете на одно изделие.It is proposed to carry out explosion welding at a detonation speed of 1760-2700 m / s, while the explosive charge height and the welding gap between the plate plates should be chosen so that their speed of collision during explosion welding is within 550-650 m / s, which ensures high-quality aluminum welding with titanium without uncontrolled deformation and destruction of metal layers with a minimum consumption of explosive per one product. If the detonation velocity of the explosive and the collision rate of the aluminum layer with the titanium layer are lower than the lower proposed limits, the occurrence of lack of fusion is possible, and this reduces the quality of the material obtained. When the detonation velocity of the explosive and the rate of impact of aluminum with titanium above the upper proposed limits, the likelihood of uncontrolled deformations increases, and the economically inexpedient consumption of explosive per one product increases.
Предложено после сварки пакет подвергать отжигу путем нагрева до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 90-100°C в течение 1,5-3 часов с формированием между слоями алюминия и титана сплошной интерметаллидной прослойки, затем производят обжатие пакета стальными пуансонами до полного удаления с поверхности интерметаллидной прослойки остатков алюминиевого слоя. Это создает необходимые условия для образования на поверхности титановой пластины интерметаллидной прослойки большой толщины, а полное удаление остатков алюминиевого слоя способствует повышению износостойкости поверхности получаемого материала. Температура и время отжига ниже нижнего предлагаемого предела приводят к тому, что толщина получаемой интерметаллидной прослойки оказывается недостаточной, что снижает долговечность получаемого материала в парах трения и тормозных устройствах. Температура и время отжига выше верхнего предлагаемого предела являются избыточными, поскольку толщина интерметаллидной прослойки становится чрезмерной, при этом повышается вероятность хрупкого разрушения получаемого покрытия при последующей термической обработке.It is proposed that after welding, the package be annealed by heating to a temperature exceeding the melting temperature of aluminum by 90-100 ° C for 1.5-3 hours with the formation of a continuous intermetallic layer between the layers of aluminum and titanium, then the package is pressed with steel punches until it is completely removed the surface of the intermetallic layer of the remains of the aluminum layer. This creates the necessary conditions for the formation of an intermetallic layer of large thickness on the surface of the titanium plate, and the complete removal of the remains of the aluminum layer helps to increase the wear resistance of the surface of the obtained material. The temperature and annealing time below the lower proposed limit lead to the fact that the thickness of the obtained intermetallic layer is insufficient, which reduces the durability of the material obtained in friction pairs and brake devices. The temperature and annealing time above the upper proposed limit are excessive, since the thickness of the intermetallic layer becomes excessive, while increasing the likelihood of brittle fracture of the resulting coating during subsequent heat treatment.
Предложено полученную заготовку нагревать до температуры 730-740°C, выдерживать в течение 0,2-0,3 часов, а затем ускоренно охлаждать между металлическими пластинами с высокой теплопроводностью с получением на поверхности титановой пластины высокотвердого износостойкого интерметаллидного покрытия, при этом в качестве материала металлических пластин с высокой теплопроводностью предложено использовать медь. Это способствует существенному повышению твердости и износостойкости получаемого покрытия, устраняет возможность трещинообразования в интерметаллидном слое в процессе ускоренного охлаждения.It is proposed to heat the obtained preform to a temperature of 730-740 ° C, hold for 0.2-0.3 hours, and then accelerate cooling between metal plates with high thermal conductivity to obtain a high-hard wear-resistant intermetallic coating on the surface of the titanium plate, while as a material It is proposed to use copper with high thermal conductivity metal plates. This contributes to a significant increase in hardness and wear resistance of the resulting coating, eliminates the possibility of cracking in the intermetallic layer during accelerated cooling.
При температуре нагрева и времени выдержки ниже нижнего предлагаемого предела не получают максимального эффекта упрочнения на всей поверхности интерметаллидного слоя, что снижает износостойкость получаемого материала. При температуре нагрева и времени выдержки выше верхнего предлагаемого предела повышается вероятность трещинообразования в интерметаллидном слое в процессе ускоренного охлаждения между металлическими пластинами с высокой теплопроводностью, что снижает качество получаемого материала. В качестве материала металлических пластин с высокой теплопроводностью предложено использовать медь. Медь является сравнительно дешевым и прочным материалом, который обеспечивает интенсивный теплоотвод от нагретой заготовки и значительный эффект упрочнения интерметаллидного покрытия, что способствует существенному повышению его износостойкости при использовании полученного материала при создании пар трения, тормозных устройств и т.п.At a heating temperature and holding time below the lower proposed limit, the maximum hardening effect on the entire surface of the intermetallic layer is not obtained, which reduces the wear resistance of the resulting material. At a heating temperature and holding time above the upper proposed limit, the likelihood of cracking in the intermetallic layer during accelerated cooling between metal plates with high thermal conductivity increases, which reduces the quality of the resulting material. It is proposed to use copper as the material of metal plates with high thermal conductivity. Copper is a relatively cheap and durable material that provides intensive heat dissipation from a heated billet and a significant hardening effect of the intermetallic coating, which contributes to a significant increase in its wear resistance when using the resulting material to create friction pairs, brake devices, etc.
В результате за короткое время отжига на титановой пластине получают высокотвердое износостойкое интерметаллидное покрытие повышенной толщины. Толщина интерметаллидного слоя на титановой пластине в 10-22,3 раз больше, чем при получении материала по прототипу. Скорость роста интерметаллидной прослойки в 3,22-14,6 раз больше, чем по прототипу.As a result, in a short annealing time on a titanium plate, a highly hard wear-resistant intermetallic coating of increased thickness is obtained. The thickness of the intermetallic layer on the titanium plate is 10-22.3 times greater than when receiving the material according to the prototype. The growth rate of the intermetallic layer is 3.22-14.6 times greater than the prototype.
Твердость полученного интерметаллидного износостойкого покрытия по Виккерсу 7-7,5 ГПа, что в 1,27-1,5 раза больше, чем твердость интерметаллидного слоя у материала, полученного по прототипу, твердость которого не превышает 5-5,5 ГПа, а это способствует существенному повышению износостойкости и долговечности полученного материала с покрытием в парах трения, тормозных устройствах и т.п. при минимальных энергозатратах на получение материала.The hardness of the obtained Vickers wear-resistant intermetallic coating is 7-7.5 GPa, which is 1.27-1.5 times greater than the hardness of the intermetallic layer of the material obtained by the prototype, the hardness of which does not exceed 5-5.5 GPa, and this contributes to a significant increase in wear resistance and durability of the obtained material with a coating in friction pairs, brake devices, etc. with minimal energy consumption for obtaining material.
Предлагаемый способ получения износостойкого покрытия осуществляется в следующей последовательности. Составляют пакет из предварительно очищенных от окислов и загрязнений слоев алюминия и титана. Слои в пакете располагают параллельно друг другу на расстоянии технологического сварочного зазора, при этом соотношение толщин слоев алюминия и титана выбирают равным 1:(2-8) при толщине слоя алюминия 1-1,5 мм. Укладывают полученный пакет на основание, размещенное на грунте. На поверхности пакета располагают контейнер с зарядом ВВ и осуществляют сварку взрывом с инициированием процесса детонации в заряде ВВ с помощью электродетонатора. При сварке используют ВВ со скоростью детонации 1760-2700 м/с, при этом высоту заряда ВВ и сварочный зазор между пластинами пакета выбирают такими, чтобы скорость их соударения при сварке взрывом была в пределах 550-650 м/с. Затем, например, на фрезерном станке обрезают боковые кромки сваренного пакета с краевыми эффектами, на поверхность титана наносят технологическую обмазку для защиты его от воздействия воздушной атмосферы, укладывают сваренный пакет в специальное приспособление, исключающее растекание алюминиевого слоя при отжиге и подвергают сваренную заготовку отжигу путем нагрева, например в электропечи, до температуры, превышающей температуру плавления алюминия на 90-100°C в течение 1,5-3 часов для формирования сплошной интерметаллидной прослойки. По истечении времени выдержки при отжиге сваренный пакет со сформированной интерметаллидной прослойкой между алюминием и титаном вместе с приспособлением располагают между плоскими стальными пуансонами, например, гидравлического пресса. Длина и ширина пуансонов соответствуют длине и ширине сваренной взрывом заготовки. Обжатие пакета стальными пуансонами до полного удаления с поверхности интерметаллидной прослойки не прореагировавших с титаном остатков алюминиевого слоя. После охлаждения полученную заготовку извлекают из приспособления и нагревают до температуры 730-740°C, выдерживают в течение 0,2-0,3 часов, а затем ускоренно охлаждают между металлическими пластинами с высокой теплопроводностью с получением на поверхности титановой пластины высокотвердого износостойкого интерметаллидного покрытия, при этом в качестве материала металлических пластин с высокой теплопроводностью используют медь.The proposed method of obtaining a wear-resistant coating is carried out in the following sequence. A package is made of layers of aluminum and titanium previously purified from oxides and contaminants. The layers in the package are parallel to each other at a distance of the technological welding gap, while the ratio of the thicknesses of the layers of aluminum and titanium is chosen equal to 1: (2-8) with an aluminum layer thickness of 1-1.5 mm. Stack the resulting bag on a base placed on the ground. A container with an explosive charge is placed on the surface of the packet and explosion welding is carried out with the initiation of the detonation process in the explosive charge using an electric detonator. When welding, explosives are used with a detonation velocity of 1760-2700 m / s, while the explosive charge height and the welding gap between the plate plates are selected so that their speed of impact during explosion welding is in the range of 550-650 m / s. Then, for example, on the milling machine, the side edges of the welded bag with edge effects are cut, a technological coating is applied to the titanium surface to protect it from exposure to the air atmosphere, the welded bag is placed in a special device that prevents spreading of the aluminum layer during annealing and the welded billet is annealed by heating , for example, in an electric furnace, to a temperature exceeding the melting point of aluminum by 90-100 ° C for 1.5-3 hours to form a continuous intermetallic layer. After the exposure time after annealing, the welded bag with the formed intermetallic layer between aluminum and titanium, together with the device, is placed between flat steel punches, for example, a hydraulic press. The length and width of the punches correspond to the length and width of the workpiece welded by the explosion. Compression of the bag with steel punches until complete removal of the aluminum layer residues that did not react with titanium from the surface of the intermetallic layer. After cooling, the resulting preform is removed from the device and heated to a temperature of 730-740 ° C, kept for 0.2-0.3 hours, and then rapidly cooled between metal plates with high thermal conductivity to obtain a high-hard wear-resistant intermetallic coating on the surface of the titanium plate, however, copper is used as the material of metal plates with high thermal conductivity.
В результате получают износостойкое покрытие толщиной 300-580 мкм на титановой пластине, что в 10-22,3 раза превышает толщину твердого интерметаллидного слоя в материале, получаемом по прототипу. Твердость износостойкого покрытия 7-7,5 ГПа, что в 1,27-1,5 раза больше, чем у интерметаллидной прослойки в материале, получаемом по прототипу. Скорость роста толщины интерметаллидной прослойки Vинт=3,22-3,67 мкм/мин, что в 3,22-16,7 раз больше, чем в материале, получаемом по прототипу.The result is a wear-resistant coating with a thickness of 300-580 microns on a titanium plate, which is 10-22.3 times greater than the thickness of the solid intermetallic layer in the material obtained by the prototype. The hardness of the wear-resistant coating is 7-7.5 GPa, which is 1.27-1.5 times greater than that of the intermetallic layer in the material obtained by the prototype. The growth rate of the thickness of the intermetallic layer V int = 3.22-3.67 μm / min, which is 3.22-16.7 times more than in the material obtained by the prototype.
Пример 1 (см. таблицу, опыт 1)Example 1 (see table, experiment 1)
Берут пластины из алюминия АД1 и титанового сплава ОТ4 и очищают их от окислов и загрязнений. Размеры алюминиевой пластины: длина 150 мм, ширина 120 мм, толщина δAl=1 мм. У титановой пластины длина и ширина такие же, как у алюминиевой, но толщина δTi=2 мм, при этом соотношение толщин слоев алюминия и титана равно 1:2. Для сварки взрывом выбираем взрывчатое вещество из рекомендуемого диапазона со скоростью детонации DBB=1760 м/с. Такую скорость обеспечивает взрывчатое вещество, представляющее собой смесь порошкообразного аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:2 с насыпной плотностью ρВВ=0,92-0,95 г/см3. Взрывчатое вещество помещают в контейнер высотой НВВ=20 мм, длиной 200 мм, шириной 120 мм. Из предлагаемого диапазона выбираем необходимую для надежной сварки скорость соударения: V=550 м/с. Для обеспечения такой скорости с помощью компьютерной технологии, с учетом указанных выше параметров ВВ и свариваемых пластин определяем величину необходимого сварочного зазора. Его величина в данном случае равна h=0,7 мм. Составляют пакет под сварку взрывом из слоев алюминия и титана и укладывают его на основание из древесно-стружечной плиты, размещенное на песчаном грунте. Основание имеет длину 150 мм, ширину 120 мм, толщину 20 мм. На поверхность метаемого алюминиевого слоя пакета устанавливают контейнер с зарядом ВВ. Инициирование взрыва осуществляют с помощью электродетонатора. Направление детонации - вдоль свариваемого пакета.Take plates made of aluminum AD1 and titanium alloy OT4 and clean them from oxides and contaminants. The dimensions of the aluminum plate are: length 150 mm, width 120 mm, thickness δ Al = 1 mm. The length and width of a titanium plate are the same as that of aluminum, but the thickness is δ Ti = 2 mm, and the ratio of the thicknesses of the layers of aluminum and titanium is 1: 2. For explosion welding, select an explosive from the recommended range with a detonation speed D BB = 1760 m / s. This speed is provided by an explosive, which is a mixture of powdered ammonite 6ZHV with ammonium nitrate in a ratio of 1: 2 with a bulk density ρ BB = 0.92-0.95 g / cm 3 . Explosive is placed in a container with a height of H BB = 20 mm, 200 mm long, 120 mm wide. From the proposed range we select the impact speed necessary for reliable welding: V = 550 m / s. To ensure such a speed using computer technology, taking into account the above parameters of the explosive and the welded plates, we determine the value of the required welding gap. Its value in this case is equal to h = 0.7 mm. They compose a package for explosion welding from layers of aluminum and titanium and lay it on a base of particleboard placed on sandy soil. The base has a length of 150 mm, a width of 120 mm, a thickness of 20 mm. A container with a charge of explosives is installed on the surface of a missile aluminum layer of the bag. The initiation of the explosion is carried out using an electric detonator. The direction of detonation is along the welded package.
После сварки у пакета на фрезерном станке обрезают боковые кромки с краевыми эффектами. Ширина удаленных кромок - по 8 мм с каждой стороны заготовки. Обмазывают поверхность титанового слоя защитной технологической обмазкой, например, смесью жидкого стекла с оксидом хрома, устанавливают сваренную заготовку в специальное приспособление в виде стальной оболочки прямоугольной формы и помещают полученную сборку в муфельную электрическую печь для отжига. Отжиг проводили при температуре tот=750°C, что превышает температуру плавления алюминия на 90°C. Время выдержки при отжиге τот=1,5 часа.After welding, the side edges with edge effects are cut off from the bag on the milling machine. The width of the removed edges is 8 mm on each side of the workpiece. The surface of the titanium layer is coated with a protective technological coating, for example, with a mixture of liquid glass with chromium oxide, the welded billet is installed in a special device in the form of a rectangular steel shell and the resulting assembly is placed in a muffle electric annealing furnace. Annealing was carried out at a temperature t from = 750 ° C, which exceeds the melting temperature of aluminum by 90 ° C. The annealing time τ from = 1.5 hours.
По истечении времени выдержки сваренный пакет со сформированной интерметаллидной прослойки, вместе с приспособлением, располагают между плоскими стальными пуансонами, например, гидравлического пресса и осуществляли обжатие заготовки до полного удаления с поверхности сформированной интерметаллидной прослойки остатков алюминиевого слоя. После охлаждения полученную заготовку нагревают в электропечи до температуры tз.т=730°C, выдерживают в течение τз.т=0,2 часа, а затем ускоренно охлаждают, зажав ее с помощью пресса между металлическими пластинами с высокой теплопроводностью, выполненными из меди. Длина пластин - 180 мм, ширина - 150 мм, толщина - 20 мм.After the exposure time has elapsed, the welded bag from the formed intermetallic layer, together with the fixture, is placed between flat steel punches, for example, a hydraulic press, and the workpiece is crimped until the aluminum layer remains completely removed from the surface of the formed intermetallic layer. After cooling, the resulting billet is heated in an electric furnace to a temperature of t.s.t = 730 ° C, held for τs.t. = 0.2 hours, and then rapidly cooled by clamping it with a press between metal plates with high thermal conductivity made of copper. The length of the plates is 180 mm, the width is 150 mm, and the thickness is 20 mm.
В результате получают на титановой пластине износостойкое покрытие толщиной The result is a wear-resistant coating with a thickness on a titanium plate
δинт=300 мкм, что в 10-11,5 раз превышает толщину интерметаллидной прослойки в материале, полученном по прототипу. Твердость покрытия составляет 7-7,5 ГПа, что в 1,27-1,5 раз больше, чем у интерметаллидной прослойки в материале, полученном по прототипу. Скорость роста интерметаллидной прослойки Vинт=δинт:τинт=300:90=3,33 мкм/мин. При получении материала по прототипу скорость роста интерметаллидной прослойки составляет 0,22-1 мкм/мин. Таким образом, Vинт по предлагаемому способу в 3,33-15,1 раза больше, чем по прототипу, что способствует существенному снижению энергозатрат на формирование каждого микрометра интерметаллидной прослойки.δ int = 300 μm, which is 10-11.5 times the thickness of the intermetallic layer in the material obtained by the prototype. The hardness of the coating is 7-7.5 GPa, which is 1.27-1.5 times more than that of the intermetallic layer in the material obtained by the prototype. The growth rate of the intermetallic layer V int = δ int : τ int = 300: 90 = 3.33 μm / min. Upon receipt of the material according to the prototype, the growth rate of the intermetallic layer is 0.22-1 μm / min. Thus, V int in the proposed method is 3.33-15.1 times greater than in the prototype, which contributes to a significant reduction in energy consumption for the formation of each micrometer intermetallic layer.
Пример 2 (см. таблицу, опыт 2)Example 2 (see table, experiment 2)
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина алюминиевой пластины δAl=1,2 мм, титановой: δTi=6 мм. Соотношение толщин слоев δAl:δTi=1:5. Для сварки взрывом используют ВВ с насыпной плотностью ρВВ=0,9-0,91 г/см3, представляющее собой смесь аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 1:1. Высота заряда ВВ НВВ=15 мм, скорость детонации DBB=2000 м/с, сварочный зазор h=1,0 мм, скорость соударения V=600 м/с. Температура отжига tот=755°C, что превышает температуру плавления алюминия на 95°C, время выдержки при отжиге τот=2 часа. Заключительную упрочняющую термообработку проводим при температуре tз.т=735°C с выдержкой τз.т=0,25 часа.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of the aluminum plate δ Al = 1.2 mm, titanium: δ Ti = 6 mm. The ratio of the layer thicknesses is δ Al : δ Ti = 1: 5. For explosion welding, explosives with a bulk density ρ BB = 0.9-0.91 g / cm 3 are used , which is a mixture of 6GV ammonite with ammonium nitrate in a ratio of 1: 1. HE charge height N BB = 15 mm, detonation velocity D BB = 2000 m / s, welding gap h = 1.0 mm, impact velocity V = 600 m / s. Annealing temperature t from = 755 ° C, which exceeds the melting temperature of aluminum by 95 ° C, holding time during annealing τ from = 2 hours. The final hardening heat treatment is carried out at a temperature t zt = 735 ° C with a shutter speed of t zt = 0.25 hours.
В результате получают на титановой пластине износостойкое покрытие толщиной The result is a wear-resistant coating with a thickness on a titanium plate
δинт=440 мкм, что в 14,7-16,9 раз превышает δинт в материале, полученном по прототипу. Vинт=δинт:τинт=440:120=3, 67 мкм/мин, что в 3,67-16,7 раз больше, чем по прототипу.δ int = 440 μm, which is 14.7-16.9 times higher than δ int in the material obtained by the prototype. V int = δ int : τ int = 440: 120 = 3, 67 μm / min, which is 3.67-16.7 times more than in the prototype.
Пример 3 (см. таблицу, опыт 3)Example 3 (see table, experiment 3)
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина алюминиевой пластины δAl=1,5 мм, титановой δTi=12 мм. Соотношение толщин слоев δAl:δTi=1:8. Для сварки взрывом используют аммонит 6ЖВ с насыпной плотностью ρВВ=0,68-0,72 г/см3, НВВ=15 мм, DBB=2700 м/с, сварочный зазор h=1,0 мм, скорость соударения V=650 м/с. Температура отжига tот=760°C, что превышает температуру плавления алюминия на 100°С, τот=3 часа. Заключительную упрочняющую термообработку проводили при температуре tз.т.=740°C с выдержкой τз.т.=0,3 часа.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of the aluminum plate δ Al = 1.5 mm, titanium δ Ti = 12 mm. The ratio of the thicknesses of the layers is δ Al : δ Ti = 1: 8. For explosion welding using ammonite 6ZHV with a bulk density ρ BB = 0.68-0.72 g / cm 3 , N BB = 15 mm, D BB = 2700 m / s, welding gap h = 1.0 mm, impact speed V = 650 m / s. Annealing temperature t from = 760 ° C, which exceeds the melting temperature of aluminum by 100 ° C, τ from = 3 hours. The final hardening heat treatment was carried out at a temperature t z.t. = 740 ° C with exposure τ W = 0.3 hours.
В результате получают на титановой пластине износостойкое покрытие толщиной The result is a wear-resistant coating with a thickness on a titanium plate
δинт=580 мкм, что в 19,3-22,3 раза превышает δинт в материале, полученном по прототипу. Vинт=δинт:τинт=580:180=3,22 мкм/мин, что в 3,22-14,6 раз больше, чем по прототипу.δ int = 580 μm, which is 19.3-22.3 times higher than δ int in the material obtained by the prototype. V int = δ int : τ int = 580: 180 = 3.22 μm / min, which is 3.22-14.6 times more than the prototype.
При получении композиционного материала по прототипу (см. таблицу, опыт 4) получают титановую пластину с покрытием на ее поверхности, состоящим из сплошного интерметаллидного слоя толщиной δинт=26-30 мкм и алюминиевого слоя толщиной 1-4,8 мм. Твердость интерметаллидной прослойки Н=5-5,5 ГПа, что в 1,27-1,5 раза меньше, чем по предлагаемому способу. Толщина δинт в 10-22,3 раза, а Vинт в 3,22-16,7 раз меньше, чем в материале, полученном по предлагаемому способу. Алюминиевая прослойка придает материалу крайне низкую износостойкость из-за весьма малой ее твердости, не превышающей 250 МПа.Upon receipt of the composite material according to the prototype (see table, experiment 4), a titanium plate with a coating on its surface consisting of a continuous intermetallic layer with a thickness of δ int = 26-30 μm and an aluminum layer with a thickness of 1-4.8 mm is obtained. The hardness of the intermetallic layer N = 5-5.5 GPa, which is 1.27-1.5 times less than the proposed method. The thickness δ int is 10-22.3 times, and V int is 3.22-16.7 times less than in the material obtained by the proposed method. The aluminum layer gives the material an extremely low wear resistance due to its very low hardness not exceeding 250 MPa.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008120078/02A RU2373036C1 (en) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | Method of fabrication of wear resistant coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008120078/02A RU2373036C1 (en) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | Method of fabrication of wear resistant coating |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2373036C1 true RU2373036C1 (en) | 2009-11-20 |
Family
ID=41477794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008120078/02A RU2373036C1 (en) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | Method of fabrication of wear resistant coating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2373036C1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463140C1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of producing titanium-aluminium composite material |
| RU2642240C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method for production of coatings |
| RU2688792C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of producing wear-resistant coatings on surfaces of titanium plate |
| RU2688791C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of producing wear-resistant coating on surface of titanium plate |
| RU2700441C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-09-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate |
| RU2711284C1 (en) * | 2019-07-03 | 2020-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from copper and aluminum alloy |
| RU2712156C1 (en) * | 2019-07-03 | 2020-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper |
| RU2767327C1 (en) * | 2021-07-07 | 2022-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of explosion welding of titanium with aluminum-magnesium alloy |
| RU2781329C1 (en) * | 2021-10-27 | 2022-10-11 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (АО "НПО "ЦНИИТМАШ") | METHOD FOR OBTAINING A WEAR-RESISTANT COATING BASED ON A QUASI-CRYSTALLINE ALLOY OF THE Al-Cu-Fe SYSTEM |
-
2008
- 2008-05-20 RU RU2008120078/02A patent/RU2373036C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463140C1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of producing titanium-aluminium composite material |
| RU2642240C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method for production of coatings |
| RU2688792C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of producing wear-resistant coatings on surfaces of titanium plate |
| RU2688791C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of producing wear-resistant coating on surface of titanium plate |
| RU2700441C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-09-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate |
| RU2711284C1 (en) * | 2019-07-03 | 2020-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from copper and aluminum alloy |
| RU2712156C1 (en) * | 2019-07-03 | 2020-01-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper |
| RU2767327C1 (en) * | 2021-07-07 | 2022-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method of explosion welding of titanium with aluminum-magnesium alloy |
| RU2781329C1 (en) * | 2021-10-27 | 2022-10-11 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (АО "НПО "ЦНИИТМАШ") | METHOD FOR OBTAINING A WEAR-RESISTANT COATING BASED ON A QUASI-CRYSTALLINE ALLOY OF THE Al-Cu-Fe SYSTEM |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2373036C1 (en) | Method of fabrication of wear resistant coating | |
| EP1877598B1 (en) | Magnesium repair and build up | |
| RU2486999C1 (en) | Method of producing coating | |
| CN106271017B (en) | A kind of explosion welding method of the pure Complex plate of aluminum and steel of aluminium alloy- | |
| KR20140027083A (en) | Improving hot workability of metal alloys via surface coating | |
| Zheng et al. | Influence of annealing temperature on the microstructure and mechanical properties of Al/Mg/Al composite sheets fabricated by roll bonding | |
| Haitao et al. | Influence of asymmetric rolling parameters on the microstructure and mechanical properties of titanium explosive clad plate | |
| JP6808834B2 (en) | Electrode coating method for resistance welding and electrodes for resistance welding | |
| HU178946B (en) | Process for joining details made of aluminium and irom alloys | |
| RU2350442C2 (en) | Method of wear-resistant coating receiving | |
| RU2679814C1 (en) | Method for obtaining wear-resistant coatings on surfaces of copper and magnesium alloy plates | |
| RU2399471C1 (en) | Method for production of composite aluminium-nickel articles with inner cavity by means of explosion welding | |
| RU2463140C1 (en) | Method of producing titanium-aluminium composite material | |
| RU2293004C1 (en) | Titanium-steel composition material producing method | |
| CN112828037A (en) | Method for preparing ultrathin aluminum-magnesium layered composite material by low-temperature rolling | |
| RU2370350C1 (en) | Method of producing composite titanium-aluminium material | |
| RU2486043C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2391191C1 (en) | Method of producing wear-resistant coatings | |
| RU2463139C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2700441C1 (en) | Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate | |
| RU2463141C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2255849C1 (en) | Method for producing aluminum-titanium composition material | |
| RU2701699C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper | |
| RU2221682C1 (en) | Method for making composition material | |
| Li et al. | Interfacial microstructure and mechanical properties of Al alloy/Mg alloy laminated composite plates fabricated by equal channel angular processing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100521 |