RU2407640C2 - Method of producing composite material - Google Patents

Method of producing composite material Download PDF

Info

Publication number
RU2407640C2
RU2407640C2 RU2008131359/02A RU2008131359A RU2407640C2 RU 2407640 C2 RU2407640 C2 RU 2407640C2 RU 2008131359/02 A RU2008131359/02 A RU 2008131359/02A RU 2008131359 A RU2008131359 A RU 2008131359A RU 2407640 C2 RU2407640 C2 RU 2407640C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layers
aluminum
copper
fragments
strength
Prior art date
Application number
RU2008131359/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008131359A (en
Inventor
Андрей Евгеньевич Розен (RU)
Андрей Евгеньевич Розен
Ирина Сергеевна Лось (RU)
Ирина Сергеевна Лось
Дмитрий Борисович Крюков (RU)
Дмитрий Борисович Крюков
Леонид Борисович Первухин (RU)
Леонид Борисович Первухин
Юрий Александрович Гордополов (RU)
Юрий Александрович Гордополов
Ольга Леонидовна Первухина (RU)
Ольга Леонидовна Первухина
Евгений Михайлович Кирин (RU)
Евгений Михайлович Кирин
Александр Владимирович Хорин (RU)
Александр Владимирович Хорин
Игорь Владимирович Денисов (RU)
Игорь Владимирович Денисов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Федерального агентства по образованию Пензенский государственный университет
Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН) Российской Академии наук
Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство обороны Российской Федерации
Пензенский региональный научно-технический центр по сварочному производству и промышленной безопасности "СУРА"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Федерального агентства по образованию Пензенский государственный университет, Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения (ИСМАН) Российской Академии наук, Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство обороны Российской Федерации, Пензенский региональный научно-технический центр по сварочному производству и промышленной безопасности "СУРА" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Федерального агентства по образованию Пензенский государственный университет
Priority to RU2008131359/02A priority Critical patent/RU2407640C2/en
Publication of RU2008131359A publication Critical patent/RU2008131359A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2407640C2 publication Critical patent/RU2407640C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to method of fabricating laminar composite materials using blast processes, namely, the materials that feature high structural limit and coefficient of elasticity, and can be used in machine building, aircraft and aerospace engineering, and other industrial branches.
EFFECT: better physical mechanical properties, higher coefficient of elasticity and strength of welded seam.
1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области способов получения слоистых композиционных материалов с использованием технологии, включающей получение полуфабриката слоистого материала, технологический передел и термическую обработку с целью создания композиционных материалов с высокими значениями временного сопротивления предела прочности и модуля упругости, которые могут быть использованы в машиностроении, авиа- и ракетостроении, космической технике и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of methods for producing layered composite materials using technology including the preparation of a semi-finished layered material, process redistribution and heat treatment to create composite materials with high values of tensile strength and elastic modulus, which can be used in mechanical engineering, aircraft and rocket science, space technology and other industries.

Легкие цветные металлы: алюминий, магний, титан, цирконий и их сплавы обладают в сравнении с другими конструкционными материалами высокой удельной прочностью и относительно низким модулем упругости. Модуль нормальной упругости алюминиевых сплавов равен 70…80 ГПа, магниевых сплавов - 50-60 ГПа, титановых сплавов - 100…125 ГПа, циркониевых сплавов - 110…125 ГПа, а для сталей - 200…210 ГПа, танталовых сплавов - 200…220 ГПа.Light non-ferrous metals: aluminum, magnesium, titanium, zirconium and their alloys have, in comparison with other structural materials, high specific strength and relatively low modulus of elasticity. The normal elastic modulus of aluminum alloys is 70 ... 80 GPa, magnesium alloys - 50-60 GPa, titanium alloys - 100 ... 125 GPa, zirconium alloys - 110 ... 125 GPa, and for steels - 200 ... 210 GPa, tantalum alloys - 200 ... 220 GPa.

Наиболее распространенным способом упрочнения и повышения модуля упругости легких сплавов является их объемное легирование медью, никелем и др. элементами. Упрочнение сплава при этом достигается за счет образования в сплаве по всему объему дисперсных частиц высокопрочных, тугоплавких и вместе с тем хрупких химических соединений - интерметаллидов, например CuAl2, TiAl3, MgNi2, Fе3Аl2, Ti-Cu, Zr3Al и др. Образование в структуре интерметаллидов сопровождается повышением прочности, модуля упругости, твердости и снижением пластичности материала. Ресурс повышения прочностных свойств за счет объемного легирования достиг предельных значений, и дальнейшее упрочнение и увеличение модуля упругости может быть достигнуто только за счет создания слоистых композиционных материалов. Слоистые металлические материалы могут быть получены путем диффузионной сварки, прокатки, порошковой металлургии, сварки взрывом, осаждением.The most common method of hardening and increasing the elastic modulus of light alloys is their bulk alloying with copper, nickel, and other elements. In this case, hardening of the alloy is achieved due to the formation in the alloy over the entire volume of dispersed particles of high-strength, refractory and, at the same time, brittle chemical compounds - intermetallic compounds, for example CuAl 2 , TiAl 3 , MgNi 2 , Fe 3 Al 2 , Ti-Cu, Zr 3 Al etc. The formation of intermetallic compounds in the structure is accompanied by an increase in strength, elastic modulus, hardness and a decrease in the plasticity of the material. The resource of increasing the strength properties due to bulk alloying has reached limit values, and further hardening and an increase in the elastic modulus can be achieved only by creating layered composite materials. Layered metal materials can be obtained by diffusion welding, rolling, powder metallurgy, explosion welding, deposition.

Наиболее перспективным является применение сварки взрывом, которая обеспечивает прочное сцепление слоев композиционного материала и широко применяется для создания стале-алюминиевых, титано-алюминиевых, алюминиево-медных и других многослойных материалов.The most promising is the use of explosion welding, which provides strong adhesion of the layers of composite material and is widely used to create steel-aluminum, titanium-aluminum, aluminum-copper and other multilayer materials.

Известен способ получения композиционного стале-алюминиевого материала сваркой взрывом, при котором между алюминием и сталью вводится прослойка из титана с целью повышения прочности соединения /1/. Недостатком данного способа является невозможность получения высокопрочного толстолистового конструкционного материала за одну взрывную стадию, так как в этом случае приходится применять взрывчатые вещества с большой высотой заряда, что приводит к образованию на границе титана со сталью сплошного слоя интерметаллидов, резко снижающего прочность сварного соединения по всей площади контакта слоев. Это обстоятельство приводит к расслоению материала и его разрушению.A known method of producing a composite steel-aluminum material by explosion welding, in which a layer of titanium is introduced between aluminum and steel in order to increase the strength of the connection / 1 /. The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining high-strength plate structural material in one explosive stage, since in this case it is necessary to use explosives with a high charge height, which leads to the formation of a continuous layer of intermetallic compounds at the interface between titanium and steel, which sharply reduces the strength of the welded joint over the entire area contact layers. This circumstance leads to the separation of the material and its destruction.

Известен способ получения композиционного стале-алюминиевого материала, при котором на свариваемую поверхность стальной пластины наносится тонкий слой из диффузионного материала (цинк, хром, никель и др.). Затем к этому слою приваривают алюминиевую пластину с помощью прокатки /2/.A known method of obtaining a composite steel-aluminum material, in which a thin layer of diffusion material (zinc, chromium, nickel, etc.) is applied to the surface of the steel plate to be welded. Then, an aluminum plate is welded to this layer by rolling / 2 /.

Недостатком данного способа является низкая прочность сварного соединения, так как с помощью прокатки практически очень сложно добиться равнопрочного соединения. Особенно это относится к таким трудно свариваемым разнородным металлам, как алюминий и сталь. Кроме того, сварка прокаткой не позволяет получать толстолистовые и сложнопрофильные композиционные материалы.The disadvantage of this method is the low strength of the welded joint, since using rolling it is almost very difficult to achieve an equal strength joint. This is especially true for difficult to weld dissimilar metals such as aluminum and steel. In addition, rolling welding does not allow to obtain plate and complex profile composite materials.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения композиционного алюминиево-медного материала /3/, согласно которому сначала составляют пакет из чередующихся слоев алюминия и меди, затем размещают над ним защитную металлическую прослойку с зарядом взрывчатого вещества и осуществляют сварку взрывом. Соотношение толщины слоев алюминия и меди в пакете выбирают равным 1/(0,4…0,56) при толщине слоя алюминия, равной 1,8…2,5 мм, и отношении удельной массы заряда взрывчатого вещества к сумме удельных масс защитной металлической прослойки, слоев алюминия и меди, равном 0,47…0,92.The closest in technical essence to the claimed invention is a method for producing a composite aluminum-copper material / 3 /, according to which a packet is made of alternating layers of aluminum and copper, then a protective metal layer with an explosive charge is placed over it and explosion welding is carried out. The ratio of the thickness of the layers of aluminum and copper in the bag is chosen equal to 1 / (0.4 ... 0.56) with an aluminum layer thickness of 1.8 ... 2.5 mm, and the ratio of the specific mass of the explosive charge to the sum of the specific masses of the protective metal layer , layers of aluminum and copper, equal to 0.47 ... 0.92.

В способе используют заряд взрывчатого вещества со скоростью детонации 2070…2930 м/с. После сварки пакет подвергают горячей прокатке при температуре 350…500°С с обжатием 50…75%.The method uses an explosive charge with a detonation velocity of 2070 ... 2930 m / s. After welding, the package is subjected to hot rolling at a temperature of 350 ... 500 ° C with a compression of 50 ... 75%.

Полученную заготовку подвергают отжигу при температуре 400…500°С в течение 2…3 часов с последующим охлаждением на воздухе. Далее осуществляют окончательную прокатку при температуре 20…250°С.The resulting preform is subjected to annealing at a temperature of 400 ... 500 ° C for 2 ... 3 hours, followed by cooling in air. Next, the final rolling is carried out at a temperature of 20 ... 250 ° C.

Способ позволяет повысить модуль упругости композиционного материала и прочность соединения. Материал обладает пониженной теплопроводностью в поперечном направлении и повышенной вдоль металлических слоев. Повышение модуля упругости материала (до 250 ГПа) и временного сопротивления при растяжении (до 800…1000 МПа) обеспечивается образованием на границе алюминий - медь интерметаллидов CuAl2. Однако способ не дает рационального сочетания высоких значений модуля упругости и временного сопротивления при растяжении. При высоком показателе модуля упругости композиционный материал имеет недостаточно высокую прочность сварных соединений в слоях.The method allows to increase the elastic modulus of the composite material and the strength of the connection. The material has a reduced thermal conductivity in the transverse direction and increased along the metal layers. Increasing material modulus (250 GPa) and a tensile ultimate strength (800 MPa ... 1000) is provided at the boundary form aluminum - copper intermetallics CuAl 2. However, the method does not provide a rational combination of high elastic modulus and tensile strength. With a high modulus of elasticity, the composite material has insufficiently high strength of the welded joints in the layers.

Это объясняется влиянием интерметаллического слоя, образующегося по всей площади контакта слоев алюминия и меди. Слой интерметаллидов обладает высокой прочностью и тугоплавкостью, но в то же время хрупкостью и склонностью к трещинообразованию в процессе эксплуатации изделий из данного материала. При этом чем больше площадь контакта слоев алюминия и меди, тем менее прочно сварное соединение.This is due to the influence of the intermetallic layer formed over the entire contact area of the aluminum and copper layers. The intermetallic layer has high strength and refractoriness, but at the same time, brittleness and a tendency to crack formation during the operation of products made of this material. Moreover, the larger the contact area of the layers of aluminum and copper, the less firmly the welded joint.

При производстве слоистых композиционных материалов с помощью сварки взрывом, прокатки и термической обработки встает актуальная задача обеспечения рационального сочетания механических свойств получаемого материала, а именно: высокий модуль упругости и временное сопротивление композиционного материала при растяжении при высокой прочности сварного соединения.In the production of layered composite materials using explosion welding, rolling and heat treatment, the urgent task arises of ensuring a rational combination of the mechanical properties of the obtained material, namely: a high modulus of elasticity and tensile strength of the composite material under tension with high strength of the welded joint.

Предлагаемое изобретение направлено на разработку такой технологии получения слоистых композиционных материалов из металлов, образующих интерметаллические соединения, например алюминиево-медного, которые обеспечивали бы высокий комплекс механических свойств при рациональном их сочетании.The present invention is directed to the development of such a technology for the production of layered composite materials from metals forming intermetallic compounds, for example aluminum-copper, which would provide a high complex of mechanical properties with a rational combination thereof.

Задача решена таким образом, что в способе получения композиционного материала, включающем пакетирование чередующихся слоев металла-основы и армирующего металла, образующего с основой интерметаллид, сварку слоев взрывом, используют слои металла-основы в виде листов и слои армирующего металла в виде фрагментов полос или проволоки, при этом перед пакетированием определяют необходимое количество фрагментов в слое исходя из соотношения площадей слоев металла-основы и армирующего металла, равного 1/(0,5…0,7), на поверхности фрагментов выполняют насечку и осуществляют закладку этих фрагментов, а после сварки слоев взрывом осуществляют низкотемпературный отжиг, прокатку и высокотемпературный отжиг материала.The problem is solved in such a way that in a method for producing a composite material, comprising packing alternating layers of a base metal and a reinforcing metal forming an intermetallic layer with the base, explosion welding of layers, the base metal layers are used in the form of sheets and the reinforcing metal layers are in the form of fragments of strips or wire in this case, before packing, the required number of fragments in the layer is determined based on the ratio of the areas of the layers of the base metal and the reinforcing metal equal to 1 / (0.5 ... 0.7), on the surface of the fragments dissolved notch and tab these fragments is performed, and after the explosion weld layers is carried out low-temperature annealing, high temperature annealing and rolling material.

Способ иллюстрируется чертежом, на котором представлен пакет слоев двух металлов в поперечном разрезе и на виде сверху.The method is illustrated in the drawing, which shows a package of layers of two metals in cross section and in a plan view.

На чертеже: 1 - грунт, 2 - деревянная подкладка, 3 - нижний слой металла - основы (алюминия), 4 - слой фрагментов второго металла из полос или проволоки с насечкой (меди), 5 - насечка на поверхности полос или проволоки, 6 - верхний слой металла - основы, 7 - взрывчатое вещество, 8 - электродетонатор.In the drawing: 1 - soil, 2 - wooden lining, 3 - the lower layer of metal - the base (aluminum), 4 - layer of fragments of the second metal from strips or wire with a notch (copper), 5 - notch on the surface of the strips or wire, 6 - the upper layer of metal is the base, 7 is an explosive, 8 is an electric detonator.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Сначала готовят листы металла - основы, которые необходимы для изготовления полуфабриката слоистого композиционного изделия. Листы очищают и обезжиривают. Далее, исходя из площади поверхности контакта листа, рассчитывают площадь поверхности фрагментов армирующего металла по указанному соотношению. Например, площадь поверхности алюминиевого слоя относится к площади поверхности медных фрагментов как 1/(0,5…0,7). По рассчитанной площади медных фрагментов, известной толщине (диаметру) фрагментов и их длине определяют их количество.The proposed method is as follows. First, metal sheets are prepared - the basics that are necessary for the manufacture of a semi-finished layered composite product. Sheets are cleaned and degreased. Next, based on the surface area of the contact sheet, calculate the surface area of the fragments of the reinforcing metal according to the specified ratio. For example, the surface area of an aluminum layer refers to the surface area of copper fragments as 1 / (0.5 ... 0.7). The calculated area of copper fragments, the known thickness (diameter) of the fragments and their length determine their number.

Далее заготавливают слои армирующего металла и делают на них насечку ручным или механическим способом. Насечка может быть прямой, наклонной, сетчатой, хаотической, точечной и т.д. Глубина насечек 0,5…1,5 мм.Next, the layers of reinforcing metal are prepared and notched manually or mechanically. The notch can be straight, oblique, mesh, chaotic, point, etc. The depth of the notches is 0.5 ... 1.5 mm.

Затем собирают пакет всех пластин согласно вышеприведенному чертежу, после чего производят подрыв взрывчатого вещества и осуществляют сварку слоев двух или более металлов. Затем производят операции - низкотемпературный отжиг при температуре 150…200°С для снятия наклепа, образовавшегося при сварке; прокатку заготовки до необходимых размеров по чертежу и окончательный высокотемпературный длительный отжиг.Then collect the package of all the plates according to the above drawing, after which the explosive is blasted and layers of two or more metals are welded. Then perform operations - low-temperature annealing at a temperature of 150 ... 200 ° C to remove the hardening formed during welding; rolling the workpiece to the required dimensions according to the drawing and final high-temperature long-term annealing.

Температура и длительность отжига выбираются в зависимости от состава и свойств металлов, составляющих слоистых композиционный материал, например, для алюминиево-медного материала при температуре 400…430°С в течение 4…6 часов.The temperature and duration of annealing are selected depending on the composition and properties of the metals that make up the layered composite material, for example, for an aluminum-copper material at a temperature of 400 ... 430 ° C for 4 ... 6 hours.

При сварке взрывом, а также при высокотемпературном отжиге в диапазоне температур 400…500°С на границах раздела фаз алюминий-медь происходит химическое взаимодействие алюминия и меди, в результате чего образуются интерметаллиды CuAl2, которые в виде дисперсных частиц образуют твердый каркас по границам дендритных ячеек. В месте расположения медных фрагментов по их периферии образуются слои, состоящие из твердых высокопрочных интерметаллидов, которые способствуют увеличению модуля упругости композиционного материала.During explosion welding, as well as during high-temperature annealing in the temperature range of 400 ... 500 ° С at the aluminum-copper phase boundaries, the chemical interaction of aluminum and copper occurs, resulting in the formation of CuAl 2 intermetallics, which in the form of dispersed particles form a solid skeleton at the boundaries of dendritic cells. At the location of the copper fragments along their periphery, layers are formed consisting of solid high-strength intermetallic compounds, which contribute to an increase in the elastic modulus of the composite material.

Вместе с тем наличие слоя интерметаллидов должно привести к хрупкости, трещинообразованию материала в зоне границы раздела фаз и снижению предела прочности при растяжении, однако этого явления в предлагаемом изобретении в отличие от прототипа не наблюдается. Это объясняется тем, что слой меди выполнен не в виде сплошной пластины, а в виде фрагментов полос или проволоки, в связи с чем интерметаллический слой имеет не сплошное, а локальное распространение по площади контакта слоев алюминия и меди.However, the presence of a layer of intermetallic compounds should lead to brittleness, cracking of the material in the zone of the phase boundary and a decrease in tensile strength, however, this phenomenon in the present invention, in contrast to the prototype, is not observed. This is explained by the fact that the copper layer is not made in the form of a continuous plate, but in the form of fragments of strips or wire, and therefore the intermetallic layer has not a continuous, but local distribution over the contact area of aluminum and copper layers.

Локальные участки твердых интерметаллических слоев способствуют увеличению прочности сварного соединения алюминия и меди. Промежутки между локальными участками интерметаллических слоев заполняются более мягким алюминием, который противодействует распространению микротрещин по всему материалу в случае, если они по каким-либо причинам возникают в интерметаллическом слое.Local areas of solid intermetallic layers increase the strength of the welded joint of aluminum and copper. The gaps between the local sections of the intermetallic layers are filled with softer aluminum, which counteracts the propagation of microcracks throughout the material if for some reason they arise in the intermetallic layer.

Вышесказанное в целом способствует увеличению прочности сварного соединения, повышению временного сопротивления при растяжении и модуля упругости материала при рациональном сочетании их величин.The above generally contributes to an increase in the strength of the welded joint, an increase in the tensile strength and elastic modulus of the material with a rational combination of their values.

Высокой прочности сварного соединения способствует также насечка, выполненная на фрагментах меди. Наличие насечки на фрагментах меди обеспечивает заход частиц алюминия в толщу медных фрагментов при высоких давлениях, развивающихся в момент взрыва и во время прокатки. Это способствует увеличению прочности сварного соединения.High strength weld also contributes to the notch made on fragments of copper. The presence of a notch on the copper fragments ensures the entry of aluminum particles into the thickness of the copper fragments at high pressures developing at the time of the explosion and during rolling. This helps to increase the strength of the welded joint.

Указанное соотношение площадей слоев алюминия и меди, равное 1/(0,5…0,7), является оптимальным, так как при выходе из указанных соотношений механические свойства материала ухудшаются. Если площадь слоя меди будет меньше 0,5 от площади слоя алюминия, то площадь интерметаллического слоя будет недостаточной для существенного повышения модуля упругости материала.The specified ratio of the areas of the layers of aluminum and copper, equal to 1 / (0.5 ... 0.7), is optimal, since when you exit these ratios, the mechanical properties of the material deteriorate. If the area of the copper layer is less than 0.5 of the area of the aluminum layer, then the area of the intermetallic layer will be insufficient to significantly increase the elastic modulus of the material.

Если площадь слоя меди будет больше 0,7 от площади слоя алюминия, то площадь интерметаллического слоя возрастет, что приведет к охрупчиванию сварного соединения и снижению его прочности.If the area of the copper layer is more than 0.7 of the area of the aluminum layer, then the area of the intermetallic layer will increase, which will lead to embrittlement of the welded joint and a decrease in its strength.

Проведены испытания и исследования композиционных материалов, полученных по предлагаемому способу:Tests and studies of composite materials obtained by the proposed method:

а) испытывались плоские алюминиево-медные слоистые композиционные материалы в виде пластин размером 200x200 мм толщиной 4 мм;a) flat aluminum-copper layered composite materials were tested in the form of plates measuring 200x200 mm 4 mm thick;

б) испытывались трубные материалы в виде двух свариваемых алюминиевых труб диаметрами 57,0 и 48,5 мм из сплава АМг6 с толщиной стенок 3 и 4 мм, между которыми размещались фрагменты меди.b) tube materials were tested in the form of two welded aluminum pipes with diameters of 57.0 and 48.5 mm from AMg6 alloy with wall thicknesses of 3 and 4 mm, between which copper fragments were placed.

В обоих случаях в качестве медного слоя использовались фрагменты полосовой меди толщиной 1…2 мм и медная проволока диаметром 1…2 мм. Марка меди - М0.In both cases, fragments of strip copper with a thickness of 1 ... 2 mm and a copper wire with a diameter of 1 ... 2 mm were used as a copper layer. The grade of copper is M0.

Усредненные значения физико-механических свойств алюминиево-медного слоистого композиционного материала, полученного по предлагаемому способу, в сравнении со свойствами материала, полученного по изобретению-прототипу, приведены в таблицах 1 и 2. В таблице 1 представлены показатели, измеренные вдоль фрагментов меди, в таблице 2 - в перпендикулярном направлении.The average values of the physico-mechanical properties of the aluminum-copper layered composite material obtained by the proposed method, in comparison with the properties of the material obtained according to the invention of the prototype, are shown in tables 1 and 2. Table 1 presents the indicators measured along the fragments of copper, in table 2 - in the perpendicular direction.

Таблица 1Table 1 Физико-механические свойстваPhysical and mechanical properties ПоказательIndicator По изобретению прототипуAccording to the invention of the prototype По предлагаемому изобретениюAccording to the invention Предел прочности при растяжении, МПаTensile Strength, MPa 800…1000800 ... 1000 1000…11001000 ... 1100 Модуль упругости, ГПаModulus of elasticity, GPa 150…250150 ... 250 120…240120 ... 240 Ударная вязкость, кДж/м2 Impact strength, kJ / m 2 0,8…1,00.8 ... 1.0 1,5…2,51,5 ... 2,5

Из приведенных данных видно, что вдоль направления армирования в предлагаемом изобретении обеспечивается более высокий показатель предела прочности при растяжении. Модуль упругости на 10…30 ГПа меньше, но значительно больше (на 40…120 ГПа), чем у неармированного алюминия. Ударная вязкость материала, полученного по предлагаемому способу, на 0,7…1,5 кДж/м2 больше, что объясняется наличием металлической связи интерметаллидов с матрицей.From the above data it is seen that along the direction of reinforcement in the present invention provides a higher rate of tensile strength. The elastic modulus is 10 ... 30 GPa less, but significantly more (40 ... 120 GPa) than non-reinforced aluminum. The impact strength of the material obtained by the proposed method is 0.7 ... 1.5 kJ / m 2 more, which is explained by the presence of a metal bond of the intermetallic compounds with the matrix.

Таблица 2table 2 Физико-механические свойстваPhysical and mechanical properties ПоказательIndicator По изобретению прототипуAccording to the invention of the prototype По предлагаемому изобретениюAccording to the invention Предел прочности при растяжении, МПаTensile Strength, MPa 70…8070 ... 80 80…11080 ... 110 Модуль упругости, ГПаModulus of elasticity, GPa 150…200150 ... 200 90…10090 ... 100 Ударная вязкость, кДж/м2 Impact strength, kJ / m 2 0,2…0,30.2 ... 0.3 0,5…0,70.5 ... 0.7

В направлении, перпендикулярном армированию, у материала, полученного по предлагаемому способу, выше предел прочности при растяжении и ударная вязкость. Модуль упругости меньше, однако это обстоятельство не является серьезным недостатком, так как рабочим положением изделий из материала, полученного предлагаемым способом, является положение вдоль направления армирования и вдоль направления воздействующих на изделие усилий.In the direction perpendicular to the reinforcement, the material obtained by the proposed method has a higher tensile strength and impact strength. The modulus of elasticity is less, but this fact is not a serious drawback, since the working position of the products from the material obtained by the proposed method is the position along the direction of reinforcement and along the direction of the forces acting on the product.

Предлагаемый материал может быть использован для следующих материалов: алюминия, титана, циркония, магния и их сплавов в сочетаниях с элементами, образующими интерметаллиды, при этом армирующий металл располагается в виде фрагментов.The proposed material can be used for the following materials: aluminum, titanium, zirconium, magnesium and their alloys in combination with elements forming intermetallic compounds, while the reinforcing metal is in the form of fragments.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получение слоистого композиционного материала, характеризующегося рациональным сочетанием физико-механических свойств и высокой прочностью сварного соединения. Предлагаемое изобретение найдет применение в различных отраслях промышленности.Thus, the proposed method provides a layered composite material, characterized by a rational combination of physical and mechanical properties and high strength of the welded joint. The present invention will find application in various industries.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Патент Японии №49-153333, МПК В23К 19/00, опубл. 13.04.74.1. Japan patent No. 49-153333, IPC B23K 19/00, publ. 04/13/74.

2. Рябов В.Р. Применение биметаллических и армированных стале-алюминиевых соединений. М.: Металлургия, 1975.- с.192.2. Ryabov V.R. The use of bimetallic and reinforced steel-aluminum compounds. M.: Metallurgy, 1975.- p. 192.

3. Патент РФ RU 2221682 С1. МПК В23К 20/08, В32В 15/01. Способ получения композиционного материала. Опубл. 20.01.04.3. RF patent RU 2221682 C1. IPC V23K 20/08, V32V 15/01. A method of obtaining a composite material. Publ. 01/20/04.

Claims (1)

Способ получения композиционного материала, включающий пакетирование чередующихся слоев металла-основы и армирующего металла, образующего с основой интерметаллид, и сварку слоев взрывом, отличающийся тем, что используют слои металла-основы в виде листов, а слои армирующего металла - в виде фрагментов полос или проволоки, при этом перед пакетированием определяют необходимое количество фрагментов в слое, исходя из соотношения площадей слоев металла-основы и армирующего металла, равного 1/(0,5…0,7), на поверхности фрагментов выполняют насечку и осуществляют закладку этих фрагментов, а после сварки слоев взрывом осуществляют низкотемпературный отжиг, прокатку и высокотемпературный отжиг материала. A method of producing a composite material, comprising stacking alternating layers of a base metal and a reinforcing metal forming an intermetallic with the base, and explosion welding of the layers, characterized in that the layers of the base metal are used in the form of sheets, and the layers of the reinforcing metal in the form of fragments of strips or wire in this case, before packing, the required number of fragments in the layer is determined based on the ratio of the areas of the layers of the base metal and the reinforcing metal equal to 1 / (0.5 ... 0.7), a notch is made on the surface of the fragments y and carry out the laying of these fragments, and after welding the layers by explosion, low-temperature annealing, rolling and high-temperature annealing of the material are carried out.
RU2008131359/02A 2008-07-29 2008-07-29 Method of producing composite material RU2407640C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008131359/02A RU2407640C2 (en) 2008-07-29 2008-07-29 Method of producing composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008131359/02A RU2407640C2 (en) 2008-07-29 2008-07-29 Method of producing composite material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008131359A RU2008131359A (en) 2010-02-10
RU2407640C2 true RU2407640C2 (en) 2010-12-27

Family

ID=42123350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008131359/02A RU2407640C2 (en) 2008-07-29 2008-07-29 Method of producing composite material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2407640C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486999C1 (en) * 2012-05-03 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method of producing coating
RU2522505C1 (en) * 2013-04-26 2014-07-20 Общество С Ограниченной Ответственностью Инженерно-Технологический Центр "Сварка" Method of making composite material
RU2533508C1 (en) * 2013-07-26 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method of making composite copper-titanium material
RU2606134C1 (en) * 2015-08-18 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") Method of producing composite material

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115283810B (en) * 2022-07-06 2023-06-30 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司 Underwater base-free explosion compounding method for metal plate
CN115283809B (en) * 2022-07-06 2023-06-30 中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司 Explosion welding method of base-free double-sided metal composite board

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486999C1 (en) * 2012-05-03 2013-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method of producing coating
RU2522505C1 (en) * 2013-04-26 2014-07-20 Общество С Ограниченной Ответственностью Инженерно-Технологический Центр "Сварка" Method of making composite material
RU2533508C1 (en) * 2013-07-26 2014-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method of making composite copper-titanium material
RU2606134C1 (en) * 2015-08-18 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") Method of producing composite material

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008131359A (en) 2010-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fan et al. Effect of original layer thicknesses on the interface bonding and mechanical properties of TiAl laminate composites
RU2407640C2 (en) Method of producing composite material
Rahmatabadi et al. Microstructure and mechanical properties of Al/Cu/Mg laminated composite sheets produced by the ARB proces
Chen et al. Influence of multi-pass rolling and subsequent annealing on the interface microstructure and mechanical properties of the explosive welding Mg/Al composite plates
Zeng et al. Effect of inert gas-shielding on the interface and mechanical properties of Mg/Al explosive welding composite plate
Cheepu et al. Fabrication and analysis of accumulative roll bonding process between magnesium and aluminum multi-layers
Kumar et al. Experimental investigation of Ti–6Al–4V titanium alloy and 304L stainless steel friction welded with copper interlayer
Ning et al. Microstructure and property inhomogeneity investigations of bonded Zr/Ti/steel trimetallic sheet fabricated by explosive welding
Muralimohan et al. Evaluation of microstructures and mechanical properties of dissimilar materials by friction welding
Ming et al. Microstructure and mechanical properties of Al-Fe meshing bonding interfaces manufactured by explosive welding
Macwan et al. Ultrasonic spot welding of rare-earth containing ZEK100 magnesium alloy to 5754 aluminum alloy
Lee et al. Interface-correlated deformation behavior of a stainless steel-Al–Mg 3-ply composite
Ghalandari et al. Production of Al/Sn multilayer composite by accumulative roll bonding (ARB): A study of microstructure and mechanical properties
Pengju et al. Fabrication of Ti/Al/Mg laminated composites by hot roll bonding and their microstructures and mechanical properties
Rahmatabadi et al. DIC-based experimental study of fracture toughness through R-curve tests in a multi-layered Al-Mg (LZ91) composite fabricated by ARB
Carvalho et al. Weldability of aluminium-copper in explosive welding
Guo et al. Bonding interface and bending deformation of Al/316LSS clad metal prepared by explosive welding
Saravanan et al. Microstructure, strength and welding window of aluminum alloy− stainless steel explosive cladding with different interlayers
Fan et al. Microstructure and mechanical properties of thin-multilayer Ti/Al laminates prepared by one-step explosive bonding
Yan et al. Vacuum hot roll bonding of titanium alloy and stainless steel using nickel interlayer
Thiyaneshwaran et al. Dynamic compression behavior of Ti/TiAl3/Al metal intermetallic laminates
RU2293004C1 (en) Titanium-steel composition material producing method
Pavliukova et al. Influence of the explosively welded composites structure on the diffusion processes occurring during annealing
Kumar et al. Significance of the interlayer in explosive welding of similar and dissimilar materials
RU2522505C1 (en) Method of making composite material

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180730

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210325