RU2572955C2 - Production of microstructure multiply composites from different metals or alloys - Google Patents
Production of microstructure multiply composites from different metals or alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572955C2 RU2572955C2 RU2014119538/02A RU2014119538A RU2572955C2 RU 2572955 C2 RU2572955 C2 RU 2572955C2 RU 2014119538/02 A RU2014119538/02 A RU 2014119538/02A RU 2014119538 A RU2014119538 A RU 2014119538A RU 2572955 C2 RU2572955 C2 RU 2572955C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blanks
- layers
- microstructure
- plies
- sandwiched
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для термодиффузионного легирования микроструктурных многослойных композиционных материалов из разнородных металлов для формирования требуемой микроструктуры и механических характеристик в процессе горячего пластического деформирования.The invention relates to the field of metal forming and can be used for thermal diffusion alloying of microstructural multilayer composite materials of dissimilar metals to form the desired microstructure and mechanical characteristics during hot plastic deformation.
Известен способ получения микроструктурных многослойных композиционных материалов из разнородных металлов или сплавов, включающий мерную резку исходных заготовок из листов, обработку их поверхностей, сборку нарезанных заготовок в пакет, горячую обработку давлением пакета путем его нагрева и прокатки с последующим повторением данных технологических операций по получению супермногослойного листа с заданным числом слоев и требуемой толщиной (см., напр., патент РФ №2380234, B32B 15/00, опубл. 27.01.2010).A known method for producing microstructural multilayer composite materials from dissimilar metals or alloys, including measuring cutting of the initial blanks from sheets, processing their surfaces, assembling the cut blanks into a bag, hot processing of the pressure of the package by heating and rolling it, followed by repeating the data of technological operations for obtaining a super-multilayer sheet with a given number of layers and the required thickness (see, for example, RF patent No. 2380234, B32B 15/00, published on January 27, 2010).
Основными недостатками известного способа является невозможность его применения при получении супермногослойных листовых композиций с различной последовательностью расположения слоев, а также его значительное усложнение при использовании операции вакуумирования, из-за своих технических особенностей занимающей большую продолжительность всей стадии обработки.The main disadvantages of the known method is the impossibility of its application in obtaining supernormalized sheet compositions with different sequence of arrangement of layers, as well as its significant complication when using the operation of evacuation, due to its technical features, which takes a long duration of the entire processing stage.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известного способа для возможности термодиффузионного легирования микроструктурных многослойных композиционных материалов из разнородных металлов с различной последовательностью расположения слоев при одновременном исключении операции вакуумирования из всего цикла обработки.The basis of the invention is the task of improving the known method for the possibility of thermal diffusion alloying of microstructural multilayer composite materials of dissimilar metals with different sequence of layers, while excluding the operation of evacuation from the entire processing cycle.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения микроструктурных многослойных композиционных материалов из разнородных металлов или сплавов, включающем мерную резку исходных заготовок из листов, обработку их поверхностей, сборку нарезанных заготовок в пакет, горячую обработку давлением пакета путем его нагрева и прокатки с последующим повторением технологических операций для получения супермногослойных листовых композиций, исходный супермногослойный композиционный материал получают из пакета, состоящего из листов разнородных металлов или сплавов одинаковой или разной толщины с различной последовательностью их расположения, взаимно растворимых друг в друге металлов или сплавов в интервале температур горячей обработки давлением, который пластически деформируют по многостадийной схеме до конечной толщины, при которой размеры входящих в него слоев приближают к микрометрическому диапазону, при этом пакет содержит не менее трех слоев этих материалов, один из которых играет роль разделительной прослойки, служащей дислокационным барьером для прохождения рекристаллизации из одного слоя в другой и основным фактором для формирования микроструктуры, при этом полученный композит на окончательном этапе подвергают термодиффузионному легированию, включающему диффузионный отжиг продолжительностью, обеспечивающей проникновение диффузионных зон разнородных соприкасающихся слоев металлов или сплавов, которые образуют пакет, на глубину в каждом, соизмеримую с толщиной одного слоя, а также финальную стадию упрочняющей термической обработки, состоящей из закалки и старения.The problem is solved in that in the method for producing microstructural multilayer composite materials from dissimilar metals or alloys, including measuring cutting of the initial blanks from sheets, processing their surfaces, assembling the cut blanks into a bag, hot processing the pressure of the bag by heating and rolling it, followed by repetition of technological operations to obtain a super-multilayer sheet compositions, the original super-multilayer composite material is obtained from a package consisting of sheets of different native metals or alloys of the same or different thicknesses with different sequences of their arrangement, mutually soluble in each other metals or alloys in the temperature range of hot forming, which are plastically deformed according to a multistage scheme to a final thickness at which the dimensions of its layers are brought closer to the micrometric range wherein the package contains at least three layers of these materials, one of which plays the role of a separation layer, which serves as a dislocation barrier for passage recrystallization from one layer to another and the main factor for the formation of the microstructure, while the resulting composite is subjected to thermal diffusion doping at the final stage, including diffusion annealing for a duration, which ensures that the diffusion zones of heterogeneous contacting layers of metals or alloys that form the packet, to each depth, are comparable with a thickness of one layer, as well as the final stage of hardening heat treatment, consisting of hardening and aging.
Поскольку исходный супермногослойный композиционный материал получают из пакета, состоящего из листов разнородных металлов или сплавов одинаковой или разной толщины с различной последовательностью их расположения, взаимно растворимых друг в друге металлов или сплавов в интервале температур горячей обработки давлением, который пластически деформируют по многостадийной схеме до конечной толщины, при которой размеры входящих в него слоев будут приближены к микрометрическому диапазону, при этом пакет должен содержать не менее трех слоев этих материалов, один из которых играет роль разделительной прослойки, служащей дислокационным барьером для прохождения рекристаллизации из одного слоя в другой и основным фактором для формирования микроструктуры, при этом полученный композит на окончательном этапе подвергают термодиффузионному легированию, включающему диффузионный отжиг продолжительностью, обеспечивающей проникновение диффузионных зон разнородных соприкасающихся слоев металлов или сплавов, которые образуют пакет, на глубину в каждом, соизмеримую с толщиной одного слоя, а также финальную стадию упрочняющей термической обработки, состоящей из закалки и старения, таким образом, обеспечивается термодиффузионное легирование микроструктурных многослойных композиционных материалов из разнородных металлов с различной последовательностью расположения слоев при одновременном исключении операции вакуумирования.Since the initial super-multilayer composite material is obtained from a package consisting of sheets of dissimilar metals or alloys of the same or different thickness with different sequence of their arrangement, mutually soluble in each other metals or alloys in the temperature range of hot processing, which is plastically deformed according to a multistage scheme to a final thickness at which the dimensions of its constituent layers will be close to the micrometric range, while the package must contain at least three layers of these materials, one of which plays the role of a separation layer, which serves as a dislocation barrier for the passage of recrystallization from one layer to another and is the main factor for the formation of a microstructure, while the resulting composite is subjected to thermal diffusion doping at the final stage, including diffusion annealing with a duration that ensures penetration of diffusion zones heterogeneous contacting layers of metals or alloys that form the package, to a depth in each, commensurate with the thickness o Nogo layer as well as the final step of hardening heat treatment consisting of quenching and aging, thus ensuring the thermal diffusion doping microstructural multilayer composites of dissimilar metals with different arrangement order of layers while avoiding vacuum operation.
Способ термодиффузионного легирования микроструктурных многослойных композиционных материалов из разнородных металлов проводят следующим образом.The method of thermal diffusion alloying of microstructural multilayer composite materials of dissimilar metals is carried out as follows.
На начальном этапе получают супермногослойную листовую композицию. В процессе ее получения из исходных листовых материалов вырезают мерные заготовки с одинаковыми размерами в плане. Обработку поверхности проводят для удаления технологической смазки, поверхностных загрязнений, оксидных пленок и могут осуществлять как механическими, химическими способами, так и их комбинацией. После обработки поверхности осуществляют сборку нарезанных листов в пакет. Листы в пакете закрепляются при помощи заклепок.At the initial stage, a super multilayer sheet composition is obtained. In the process of obtaining it from the raw sheet materials, dimensional blanks with the same dimensions in the plan are cut. Surface treatment is carried out to remove technological grease, surface contaminants, oxide films and can be carried out both by mechanical, chemical methods, and their combination. After surface treatment, the assembly of cut sheets into a bag is carried out. The sheets in the bag are fastened with rivets.
После сборки пакета его нагревают в печи до температуры, при которой активно протекают процессы рекристаллизации в материале с низкой температурой плавления. При сборке пакетов из материалов, подверженных сильному окислению при нагреве, пакеты следует нагревать в технологической оболочке, например, из алюминиевой фольги. Затем нагретый пакет пластически деформируют в валках прокатного стана до толщины, равной или меньшей толщины слоя, входящего в пакет. Минимально возможная толщина ограничена теплофизическими свойствами прокатываемого материала и зависит от его способности сохранять заданный интервал температуры за время деформирования.After assembling the package, it is heated in a furnace to a temperature at which recrystallization processes in a material with a low melting point are actively occurring. When assembling packages from materials subject to strong oxidation during heating, the packages should be heated in a process jacket, for example, from aluminum foil. Then, the heated bag is plastically deformed in the rolls of the rolling mill to a thickness equal to or less than the thickness of the layer included in the bag. The minimum possible thickness is limited by the thermophysical properties of the rolled material and depends on its ability to maintain a given temperature range during deformation.
При достижении конечной толщины прокатанную заготовку режут на мерные части с удалением боковых кромок и очищают от окислов. Вновь сформированный пакет, состоящий из полученных многослойных листовых заготовок, повторно (возможно неоднократно) подвергают описанному циклу обработки.Upon reaching the final thickness, the rolled billet is cut into measuring parts with the removal of side edges and is cleaned of oxides. The newly formed package, consisting of the obtained multilayer sheet blanks, is repeatedly (possibly repeatedly) subjected to the described processing cycle.
Результатом многократно повторенного технологического цикла является плоская заготовка заданного размера, в поперечном сечении которой расположены чередующиеся слои требуемой толщины в неограниченной последовательности, твердый-мягкий-твердый (Т-М-Т) или мягкий-твердый-мягкий (М-Т-М) и др., отличающиеся друг от друга степенью проработки структуры.The result of a repeated technological cycle is a flat workpiece of a given size, in the cross section of which there are alternating layers of the required thickness in an unlimited sequence, hard-soft-hard (T-M-T) or soft-hard-soft (M-T-M) and others, differing from each other in the degree of elaboration of the structure.
На последующем этапе полученный супермногослойный композиционный материал подвергают диффузионному отжигу в диапазоне температур активного протекания диффузионных процессов в более легкоплавком материале и продолжительностью, обеспечивающей необходимую глубину проникновения диффузионной зоны и насыщения (легирования) одного материала другим, распространяющуюся не менее чем в приграничные области контакта разнородных слоев. Кроме этого, на завершающем этапе, после диффузионного отжига, проводят комплексную упрочняющую термическую обработку, состоящую из закалки, осуществляемой при нагреве супермногослойного композиционного материала до температур закалки, характерных легкоплавкой составляющей композиционного материала и ускоренного охлаждения в охлаждающей среде (воде, масле и т.д., в зависимости от типа металла или сплава, составляющего основу композиционного материала), и старения (естественного или искусственного), проводимого по режимам, регламентированным для материала легкоплавкой составляющей композиционного материала.At the next stage, the obtained supernormal composite material is subjected to diffusion annealing in the temperature range of active diffusion processes in a more fusible material and with a duration that ensures the necessary penetration depth of the diffusion zone and saturation (alloying) of one material with another, which extends at least into the boundary contact areas of heterogeneous layers. In addition, at the final stage, after diffusion annealing, a complex hardening heat treatment is carried out, consisting of quenching, carried out by heating a superlayer composite material to quenching temperatures characteristic of the low-melting component of the composite material and accelerated cooling in a cooling medium (water, oil, etc. ., depending on the type of metal or alloy that forms the basis of the composite material), and aging (natural or artificial), carried out according to the regimes, regulations ovannym fusible component material for the composite material.
Данный способ за счет использования сборной пакетной заготовки не требует применения специального оборудования и инструмента, имеет более низкую себестоимость, при использовании термодиффузионного легирования позволяет управлять микроструктурой, тем самым влияя на механические характеристики супермногослойного композиционного материала.This method, due to the use of a prefabricated batch blank, does not require the use of special equipment and tools, has a lower cost, when using thermal diffusion alloying, it allows you to control the microstructure, thereby affecting the mechanical characteristics of a superlayer composite material.
Пример осуществления способа. Для изготовления супермногослойного листового материала толщиной 1 мм в качестве исходных заготовок используются металлические карточки толщиной 0,5 мм из меди М1 и 2 мм - технически чистого алюминия АД1. Карточки в количестве 3 шт., из которых две из АД1, после очистки и промывки укладывают в пакет по симметричной схеме АД1-М1-АД1, после чего пакет помещают в технологическую оболочку из фольги и нагревают до температуры 375°C. Нагретый пакет прокатывают на листовом прокатном стане до толщины 1 мм с деформацией за первый проход 50-75%. Затем полученную полосу разрезают на карточки и, поочередно, собирают их в новый пакет. Пакет аналогичным способом нагревают и деформируют. Превращение медного слоя начальной толщины (0,5 мм) в конечный слой (0,00007 мм) осуществлялось за 6 циклов формирования пакетов, при этом алюминиевые прослойки начальной толщины (2 мм) продеформировались в конечный слой (0,0003 мм). Затем полученный композиционный материал на стадии термодиффузионного легирования подвергают диффузионному отжигу путем его нагрева до температуры 450°C и длительной выдержке в печи при этой температуре в течение 7-12 часов. За это время температуру в камере печи медленно понижают (в час на 20°C), вплоть до ее охлаждения до 300°C, после чего композиционный материал охлаждают на воздухе. После диффузионного отжига проводят упрочняющую термическую обработку - закалку, нагревая композиционный материал до температуры 450°C и резко охлаждая его в воде комнатной температуры, и искусственное старение при температуре 170°C и выдержке 4-6 часов с последующим охлаждением в печи.An example implementation of the method. For the manufacture of a super-multilayer sheet material with a thickness of 1 mm, metal cards of a thickness of 0.5 mm made of copper M1 and 2 mm of technically pure aluminum AD1 are used as initial blanks. Cards in the amount of 3 pcs., Of which two from AD1, after cleaning and washing are placed in a bag according to the symmetrical scheme AD1-M1-AD1, after which the bag is placed in a technological foil shell and heated to a temperature of 375 ° C. The heated package is rolled on a sheet rolling mill to a thickness of 1 mm with a deformation in the first pass of 50-75%. Then the resulting strip is cut into cards and, in turn, collect them in a new package. The bag is heated and deformed in the same way. The transformation of the copper layer of the initial thickness (0.5 mm) into the final layer (0.00007 mm) was carried out for 6 cycles of packet formation, while the aluminum layers of the initial thickness (2 mm) were deformed into the final layer (0.0003 mm). Then, the obtained composite material at the stage of thermal diffusion alloying is subjected to diffusion annealing by heating it to a temperature of 450 ° C and prolonged exposure in the oven at this temperature for 7-12 hours. During this time, the temperature in the furnace chamber is slowly reduced (per hour by 20 ° C), until it is cooled to 300 ° C, after which the composite material is cooled in air. After diffusion annealing, hardening heat treatment is carried out — quenching, heating the composite material to a temperature of 450 ° C and abruptly cooling it in room temperature water, and artificial aging at a temperature of 170 ° C and holding for 4-6 hours, followed by cooling in an oven.
За время диффузионного отжига в зоне контакта медного и алюминиевого слоев длительная выдержка привела к росту диффузионной зоны, проходящей на глубину до 0,0004 мм и соизмеримой с толщиной самого алюминиевого слоя. Степень легирования алюминия медью, в таком диапазоне толщин, лежит в пределах от 4 до 8%, что аналогично по содержанию меди в группе дуралюминов.During diffusion annealing in the contact zone of the copper and aluminum layers, prolonged exposure led to an increase in the diffusion zone, passing to a depth of 0.0004 mm and commensurate with the thickness of the aluminum layer itself. The degree of aluminum alloying with copper, in such a range of thicknesses, lies in the range from 4 to 8%, which is similar in terms of the copper content in the group of duralumin.
Таким образом, в предложенном способе супермногослойный материал представляет собой комбинацию листов из разнородных металлов или сплавов различной объемной доли и с различной последовательностью расположения, имеющих взаимную растворимость друг в друге в интервале температур горячей обработки давлением. В исходном состоянии используемые сплавы при нормальных условиях могут иметь как одинаковые, так и различные кристаллические решетки, но при этом они должны быть взаимно растворимыми, для возможности их термодиффузионного легирования.Thus, in the proposed method, the superlayer material is a combination of sheets of dissimilar metals or alloys of different volume fractions and with different arrangement sequences having mutual solubility in each other in the temperature range of hot pressure treatment. In the initial state, the used alloys under normal conditions can have both identical and different crystal lattices, but at the same time they must be mutually soluble in order to allow their thermal diffusion alloying.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014119538/02A RU2572955C2 (en) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | Production of microstructure multiply composites from different metals or alloys |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014119538/02A RU2572955C2 (en) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | Production of microstructure multiply composites from different metals or alloys |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014119538A RU2014119538A (en) | 2015-11-20 |
RU2572955C2 true RU2572955C2 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=54553045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014119538/02A RU2572955C2 (en) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | Production of microstructure multiply composites from different metals or alloys |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572955C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2632345C1 (en) * | 2016-09-30 | 2017-10-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method for producing sheet composite materials with dispersed-reinforced particles |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU653074A1 (en) * | 1977-10-06 | 1979-03-25 | Московский Авиационный Технологический Институт Им. К.Э.Циалковского | Sheet-making method |
RU2208063C2 (en) * | 2001-03-22 | 2003-07-10 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method for obtaining semi-finished products from metals and alloys by pseudopowder metallurgy process |
US6736942B2 (en) * | 2000-05-02 | 2004-05-18 | Johns Hopkins University | Freestanding reactive multilayer foils |
RU2380234C1 (en) * | 2008-08-08 | 2010-01-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" | Method for production of metal sheets with stable submicro- and nanosize structure |
RU2436199C1 (en) * | 2010-08-24 | 2011-12-10 | Учреждение Российской академии наук ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА РАН (ИФТТ РАН) | METHOD TO MANUFACTURE COMPOSITE SUPERCONDUCTING TAPE BASED ON Nb3Sn COMPOUND |
-
2014
- 2014-05-15 RU RU2014119538/02A patent/RU2572955C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU653074A1 (en) * | 1977-10-06 | 1979-03-25 | Московский Авиационный Технологический Институт Им. К.Э.Циалковского | Sheet-making method |
US6736942B2 (en) * | 2000-05-02 | 2004-05-18 | Johns Hopkins University | Freestanding reactive multilayer foils |
RU2208063C2 (en) * | 2001-03-22 | 2003-07-10 | Институт проблем сверхпластичности металлов РАН | Method for obtaining semi-finished products from metals and alloys by pseudopowder metallurgy process |
RU2380234C1 (en) * | 2008-08-08 | 2010-01-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" | Method for production of metal sheets with stable submicro- and nanosize structure |
RU2436199C1 (en) * | 2010-08-24 | 2011-12-10 | Учреждение Российской академии наук ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА РАН (ИФТТ РАН) | METHOD TO MANUFACTURE COMPOSITE SUPERCONDUCTING TAPE BASED ON Nb3Sn COMPOUND |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2632345C1 (en) * | 2016-09-30 | 2017-10-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method for producing sheet composite materials with dispersed-reinforced particles |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014119538A (en) | 2015-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ghalandari et al. | Microstructure evolution and mechanical properties of Cu/Zn multilayer processed by accumulative roll bonding (ARB) | |
Zhang et al. | The effect of annealing on the interface microstructure and mechanical characteristics of AZ31B/AA6061 composite plates fabricated by explosive welding | |
JP6381944B2 (en) | Method for producing metal laminate | |
Milner et al. | Grain refinement and mechanical properties of CP-Ti processed by warm accumulative roll bonding | |
JP2004526863A (en) | Refractory metal plate having uniform texture and method for producing the plate | |
EP2969296A2 (en) | Split-pass open-die forging for hard-to-forge, strain-path sensitive titanium-base and nickel-base alloys | |
CN110293717B (en) | Reinforced TiNi layered composite material and preparation method thereof | |
RU2016104070A (en) | METHODS FOR PRODUCING FORGED PRODUCTS AND OTHER PROCESSED PRODUCTS | |
CN110022999A (en) | System and method for manufacturing think gauge Al-alloy products | |
RU2014101359A (en) | METHOD FOR PRODUCING SHEET ALLOYS ALPHA-BETA-TI-AL-V-MO-FE | |
JP2015196178A (en) | Method for producing metal laminate | |
CN109536748B (en) | Preparation method of metal glass micro-nano belt and metal glass micro-nano belt | |
CN105414219B (en) | A kind of preparation method of metal/intermetallic compound laminar composite | |
RU2572955C2 (en) | Production of microstructure multiply composites from different metals or alloys | |
RU2380234C1 (en) | Method for production of metal sheets with stable submicro- and nanosize structure | |
RU2548343C2 (en) | Production of super laminar diverse materials of nanostructured plies | |
US10815558B2 (en) | Method for preparing rods from titanium-based alloys | |
Azad et al. | Microstructure evolution and mechanical properties of nano-structured Al–0.2 wt% Zr alloy fabricated by accumulative roll bonding (ARB) process | |
US2443870A (en) | Method of uniting laminations of aluminum and tin | |
RU2370350C1 (en) | Method of producing composite titanium-aluminium material | |
RU2632345C1 (en) | Method for producing sheet composite materials with dispersed-reinforced particles | |
TWI490343B (en) | Austenitic alloy plate and method of making the same | |
US20150258627A1 (en) | Layer composite | |
KR20170018569A (en) | Manufacturing method of titanium-metal clad | |
RU2522505C1 (en) | Method of making composite material |